RU2751004C1 - Autonomous atmospheric moisture extractor - Google Patents

Autonomous atmospheric moisture extractor Download PDF

Info

Publication number
RU2751004C1
RU2751004C1 RU2020127463A RU2020127463A RU2751004C1 RU 2751004 C1 RU2751004 C1 RU 2751004C1 RU 2020127463 A RU2020127463 A RU 2020127463A RU 2020127463 A RU2020127463 A RU 2020127463A RU 2751004 C1 RU2751004 C1 RU 2751004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
vortex
moisture
radiator
ejector
Prior art date
Application number
RU2020127463A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рудольф Анатольевич Серебряков
Original Assignee
Рудольф Анатольевич Серебряков
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 Рудольф Анатольевич Серебряков filed Critical Рудольф Анатольевич Серебряков
Priority to RU2020127463A priority Critical patent/RU2751004C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751004C1 publication Critical patent/RU2751004C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03BINSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air

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)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

FIELD: fresh water producing devices.
SUBSTANCE: invention relates to the field of devices for producing fresh water from atmospheric air using renewable energy sources. Autonomous extractor of atmospheric moisture consists of a vertical-axial wind turbine in the form of an inlet vortex ejector, a collector with condensed moisture. The device additionally contains a vortex cooler, a condensation chamber, a radiator-heat exchanger for air cooling. The vertical-axial wind turbine is made in the form of an inlet vortex ejector designed to form a swirling laminarized air flow and pump it through an air duct into a vortex cooler, where the air flow is divided into hot and cold streams. The vortex cooler has one air duct for supplying the hot flow to the radiator-heat exchanger of the condensation chamber, and the other air duct also supplies cooled air to the radiator-heat exchanger of the condensation chamber. The moisture condensed in the radiator-heat exchanger enters the water collector, where the cold accumulator is installed, made of a composite material with low thermal conductivity. A condensation chamber with a vortex cooler, an air-cooling radiator and a water collector located in it is installed under the fill mound above the ground line. In the vortex inlet ejector, the vortex generator modules are located one above the other, and the inner radii of each module, starting from the upper one, are reduced by 10% and are set so that the air flow oncoming at a speed of 2 to 20 m/s passing through the air intake of each vortex module ejector, forms its swirling laminarized flow in the form of thin-walled air cylinders that do not mix with each other and are pumped through the air duct into the vortex cooler. In a vortex cooler, the flow is split, forming a hot air stream enriched with moisture and a cooled stream that enters the radiator-heat exchanger for cooling. Saturated hot air enters the condensation chamber, where it condenses on cooled radiators, and then the condensed moisture enters the water collector, where an additional cold accumulator is a block made of composite material with low thermal conductivity. The air dehumidified from moisture and cold air from the extraction chamber are discharged through the exhaust air ducts into the exhaust vortex ejector, and then into the environment. A water collector with a moisture condenser is installed under the embankment above the ground line. The exhaust vortex ejector is structurally similar to the inlet vortex ejector of atmospheric air.
EFFECT: invention increases efficiency of extraction of fresh water from atmospheric air.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к установкам для получения пресной воды из атмосферного воздуха с использованием возобновляемых источников энергии.The invention relates to installations for producing fresh water from atmospheric air using renewable energy sources.

Проблема дефицита пресной воды становится все актуальней для многих регионов мира. Ее обострение связывают с ростом населения, климатическими изменениями и рядом других причин. Так в XX веке население земного шара выросло в три раза. За этот же период потребление пресной воды увеличилось в семь раз, в том числе на коммунально-питьевые нужды - в 13 раз.The problem of the shortage of fresh water is becoming more and more urgent for many regions of the world. Its aggravation is associated with population growth, climatic changes and a number of other reasons. So in the 20th century, the world's population has tripled. During the same period, the consumption of fresh water increased seven times, including for communal drinking needs - 13 times.

При таком росте потребления стало резко не хватать водных ресурсов в целом ряде регионов мира. По данным Всемирной организации здравоохранения более двух миллиардов человек в мире страдают сегодня от нехватки питьевой воды. В ближайшие 20 лет, учитывая современные тенденции роста населения и мирового хозяйства, следует ожидать увеличения потребности в пресной воде не менее чем на 100 км3 в год. Однако, для многих мест на земном шаре эта проблема не является новой, так как она обусловлена климатическими особенностями, а именно небольшим количеством осадков. К засушливым областям относятся те территории, где выпадает менее 400 мм осадков в год. При таких значениях невозможно ведение сельского хозяйства без дополнительных источников воды. Наиболее засушливые области, где выпадает менее 100 мм осадков в год, составляют 34% земной поверхности (без учета Антарктиды). На аридные области (100-200 мм осадков в год) приходится 15% поверхности суши. Столько же занимают семиаридные области (200-400 мм осадков в год). Территории аридных земель в основном приходятся на развивающиеся страны, в которых нормы потребления воды отличаются от индустриальных стран. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в развивающихся странах лишь 25% сельского населения имеют приемлемый доступ к источнику водоснабжения. Территории 36 государств мира включают засушливые области, а территории 11 стран представляют собой на 100% засушливые области (Египет, Саудовская Аравия, Йемен, Джибути и др.). В России к районам, испытывающим дефицит пресной воды, относится Крым и Калмыкия, из стран ближнего зарубежья - Казахстан, Туркмения, Узбекистан. В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5-3 раза больше, чем в пашне. Причина водного голодания не в недостатке пресной воды, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой. И все более ощутимее на изменение режима вод суши влияет деятельность человека, в результате которой заметно увеличивается расход вод на испарение в процессе развития орошения и увеличения площади водохранилищ. Сокращение атмосферных осадков и речного стока при увеличении испаряемости внутренних областей суши также привело к снижению их общей увлажненности. Так же, с деятельностью человека связано изменение обмена подземных вод, их пополнение за счет создания искусственных водоемов и сокращения в результате интенсивного выкачивания. Ежегодно извлекается до 20 тыс.км3 подземных вод. В настоящее время, под воздействием антропогенной деятельности, более 20% территории континентов преобразована коренным образом (перевыпас скота, вырубка лесов и т.п.), что привело к изменению водного режима. Такие экологические нарушения не могли не сказаться на глобальном процессе потребления воды.With such an increase in consumption, water resources have become severely scarce in a number of regions of the world. According to the World Health Organization, more than two billion people in the world today suffer from a lack of drinking water. In the next 20 years, taking into account the current trends in population growth and the world economy, one should expect an increase in the demand for fresh water by at least 100 km 3 per year. However, for many places on the globe, this problem is not new, since it is caused by climatic features, namely, a small amount of precipitation. Arid areas include those areas where there is less than 400 mm of precipitation per year. With such values, it is impossible to conduct agriculture without additional sources of water. The driest areas, with less than 100 mm of precipitation per year, account for 34% of the earth's surface (excluding Antarctica). Arid regions (100-200 mm of precipitation per year) account for 15% of the land surface. The same amount is occupied by semi-arid regions (200-400 mm of precipitation per year). Territories of arid lands are mainly found in developing countries, in which water consumption rates differ from industrialized countries. According to the World Health Organization (WHO), in developing countries, only 25% of the rural population has reasonable access to a water source. The territories of 36 states of the world include arid regions, and the territories of 11 countries are 100% arid regions (Egypt, Saudi Arabia, Yemen, Djibouti, etc.). In Russia, the regions experiencing a shortage of fresh water include the Crimea and Kalmykia, from neighboring countries - Kazakhstan, Turkmenistan, Uzbekistan. Currently, water hunger is felt even in places where it did not exist before. Drought reigns on 70% of all cultivated land. At the same time, in the untouched steppes, the moisture content in the soil is 1.5-3 times higher than in arable land. The reason for water starvation is not a lack of fresh water, but a violation of the chain that connects water to soil. And more and more tangible changes in the regime of land waters are influenced by human activity, as a result of which the consumption of water for evaporation noticeably increases during the development of irrigation and an increase in the area of reservoirs. A decrease in atmospheric precipitation and river runoff with an increase in the evaporation rate of inland areas of the land also led to a decrease in their overall moisture content. Also, human activity is associated with a change in the exchange of groundwater, their replenishment due to the creation of artificial reservoirs and reduction as a result of intensive pumping. Up to 20 thousand km 3 of groundwater is extracted annually. At present, under the influence of anthropogenic activity, more than 20% of the continental territory has been radically transformed (overgrazing, deforestation, etc.), which has led to a change in the water regime. Such environmental disturbances could not but affect the global process of water consumption.

Известно с глубокой древности способ получения воды из воздуха путем его конденсации на холодной поверхности. Город Феодосия еще в средние века снабжался водой, которую собирали в сооружениях, заполненных щебнем, на поверхности которого в засушливые летние месяцы конденсировалась вода, которая через систему гончарных труб диаметром 5-7 см подавалась в питьевые фонтаны города (Евсеев А.А. - О водоснабжении города Феодосии в конце XVIII-начале XX в. http://www.liveinternet.ru/users/kancstc/post365986337/). Известно, что одним из главных достоинств Великого шелкового пути были колодцы, установленные на расстоянии в 12-15 км друг от друга, где вода добывалась непосредственно из атмосферного воздуха. В конструкции колодца древние инженеры использовали вихревой эффект. Сам колодец был наполовину своей высоты вкопан в грунт. В центре углубления для скопившейся воды возвышалась аккуратно выложенная высоким конусом груда камней (конденсатор) (Хамзя Умяров - Великий шелковый путь: Вихри в колодцах // Техника молодежи, №8, 2008 г. С. 20-23). Недостатком известных способов является низкая эффективность и громоздкость сооружений.A method of obtaining water from air by condensation on a cold surface has been known since ancient times. Even in the Middle Ages, the city of Feodosia was supplied with water, which was collected in structures filled with rubble, on the surface of which water condensed in the dry summer months, which was supplied through a system of pottery pipes with a diameter of 5-7 cm to the drinking fountains of the city (Evseev A.A. - O water supply of the city of Feodosia in the late 18th and early 20th centuries.http: //www.liveinternet.ru/users/kancstc/post365986337/). It is known that one of the main advantages of the Great Silk Road was the wells, installed at a distance of 12-15 km from each other, where water was extracted directly from the atmospheric air. In the construction of the well, ancient engineers used the vortex effect. The well itself was half of its height dug into the ground. In the center of the depression for the accumulated water, a pile of stones (condenser) neatly laid out in a high cone rose (Khamzya Umyarov - The Great Silk Road: Whirlwinds in the wells // Technology of youth, No. 8, 2008, pp. 20-23). The disadvantage of the known methods is the low efficiency and bulkiness of the structures.

Известны установки получения воды из атмосферного воздуха, использующие возобновляемые источники энергии, в частности солнечную энергетику (патенты: RU №2261958 С1, опубл. 20.12.2003; RU 2131000 С1, опубл. 27.05.1999; RU 2149957, опубл. 27.05.2000).Known installations for obtaining water from atmospheric air, using renewable energy sources, in particular solar energy (patents: RU No. 2261958 C1, publ. 20.12.2003; RU 2131000 C1, publ. 27.05.1999; RU 2149957, publ. 27.05.2000) ...

Недостатками известных установок является то, что для экстракции пресной воды из окружающей среды необходимы большие энергозатраты для работы охладительного элемента, что приводит к низкой производительности, особенно в зимнее время.The disadvantages of the known installations are that for the extraction of fresh water from the environment, high energy consumption is required for the operation of the cooling element, which leads to low productivity, especially in winter.

Известны установки получения воды из атмосферного воздуха, использующие ветровую энергетику (Патент RU №2526628, опубл. 27.08.2014; http://eco-energiya.blogspot.ru/2015/06/eolewater.html, http://derevnvaonline.ru/community/46/3532). Недостатки данных установок: для запуска и работы ветровой турбины минимальная скорость ветра составляет 7 м/с и выше, установки требуют периодического обслуживания и ремонта (минимум раз в месяц), высокая материалоемкость и низкая производительность экстракции влаги из воздуха.Known installations for obtaining water from atmospheric air, using wind energy (Patent RU No. 2526628, publ. 27.08.2014; http://eco-energiya.blogspot.ru/2015/06/eolewater.html, http://derevnvaonline.ru / community / 46/3532). Disadvantages of these installations: for starting and operating a wind turbine, the minimum wind speed is 7 m / s and higher, the installations require periodic maintenance and repair (at least once a month), high material consumption and low productivity of moisture extraction from the air.

Известно, что в кубическом метре воздуха содержится (в зависимости от влажности) от 4 до 25 граммов водяных паров (Шметер С.М. Влажность воздуха // Физическая энциклопедия / Гл. ред. A.M. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т. 1. - С. 285-286. - 704 с.). Этот объем от 12 до 16 тыс. км3 влаги (или 0,000012% всей воды на Земле) можно сравнить с количеством воды в Великих озерах Северной Америки. Разработанные установки по экстракции пресной воды из атмосферного воздуха могут собрать в среднем около 20-30% от этого количества. Самые лучшие условия для них (высокие влажность и температура) - в странах, расположенных в пределах 30 градусов широты от экватора. Здесь расположены самые бедные и густонаселенные страны мира, где на душу населения приходится менее 5 тысяч куб. м воды.It is known that a cubic meter of air contains (depending on humidity) from 4 to 25 grams of water vapor (Schmeter S.M. Air humidity // Physical encyclopedia / Chief editor AM Prokhorov. - M .: Soviet encyclopedia, 1988. - T. 1. - S. 285-286. - 704 p.). This volume from 12 to 16 thousand km 3 of moisture (or 0.000012% of all water on Earth) can be compared with the amount of water in the Great Lakes of North America. The developed installations for the extraction of fresh water from atmospheric air can collect on average about 20-30% of this amount. The best conditions for them (high humidity and temperature) are in countries located within 30 degrees of latitude from the equator. The poorest and most densely populated countries in the world are located here, with less than 5 thousand cubic meters per capita. m of water.

Известны установки получения воды из атмосферного воздуха, использующие ветровую энергетику (патент РФ №2526628, МПК ЕО3В 3/28, опубл. 27.08.2014; http://eco-energiva.blogspot.ru/2015/06/eolewater.html, http://derevnyaonline.ru/communitv/46/3532). Недостатками данных установок является то, что для запуска и работы ветровой турбины минимальная скорость ветра составляет 7 м/с и выше, требуют периодического обслуживания и ремонта (минимум раз в месяц), высокая материалоемкость и низкая производительность экстракции влаги из воздуха.Known installations for obtaining water from atmospheric air using wind power (RF patent No. 2526628, IPC EO3V 3/28, publ. 27.08.2014; http://eco-energiva.blogspot.ru/2015/06/eolewater.html, http : //derevnyaonline.ru/communitv/46/3532). The disadvantages of these installations are that for the launch and operation of a wind turbine, the minimum wind speed is 7 m / s and higher, they require periodic maintenance and repair (at least once a month), high material consumption and low productivity of moisture extraction from the air.

Известна вихревая ветроустановка с вертикальной осью вращения, содержащая вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, вытяжное устройство и генераторы вихря, создающее закрученный поток воздушного потока (патент РФ №2073111, МПК F03D 3/00, опубл. 10.02.1998). Недостатком данной установки является то, что при большой скорости закрученного потока в вытяжных цилиндрических каналах ветроколесо создает воздушную подушку, тормозящую поток, и тем самым уменьшая эффективность установки, а также низкая эффективность ветровой турбины из-за низких сроков службы опорных узлов, за счет высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора, усложненной технологии производства закрученных лопастей, что сказывается на увеличении их стоимости, и относительно высокая материалоемкость. Коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) данной ветровой турбины не более 40%, поэтому производительность установки очень низкая.Known vortex wind turbine with a vertical axis of rotation, containing an exhaust tower with an annular air intake at the base, a guide vane, a wind wheel installed at the outlet of the guide vane, an exhaust device and vortex generators, creating a swirling air flow (RF patent No. 2073111, IPC F03D 3/00 , publ. 10.02.1998). The disadvantage of this installation is that at a high speed of the swirling flow in the exhaust cylindrical channels, the wind wheel creates an air cushion that slows down the flow, and thereby reducing the efficiency of the installation, as well as the low efficiency of the wind turbine due to the low service life of the support nodes, due to the high dynamic loads on them from the side of the rotor, a complicated technology for the production of swirling blades, which affects an increase in their cost, and a relatively high material consumption. The wind energy utilization factor (KIEV) of this wind turbine is not more than 40%, therefore the plant performance is very low.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка экстракции пресной воды из атмосферного воздуха (патент РФ №2649890, МПК Е03В 3/28, опубл. 05.04.2018, Бюл. 10). Установка содержит вихревую ветротурбину, загоняющую воздух в камеру экстракции влаги, радиатор для охлаждения воздуха, водосборник и насыпной холм и вытяжные воздуховоды. Недостатками известной конструкции:The closest in technical essence to the proposed invention is an installation for the extraction of fresh water from atmospheric air (RF patent No. 2649890, IPC E03B 3/28, publ. 05.04.2018, bull. 10). The installation contains a vortex wind turbine that drives air into the moisture extraction chamber, a radiator for air cooling, a water collector and a fill mound, and exhaust air ducts. Disadvantages of the known design:

- является низкая эффективность вихревой ветротурбины которая содержит входные и вытяжной генераторы вихря, при этом входные генераторы вихря состоят из n+1 идентичных модульно расположенных устройств для генерации воздушного потока, набегающего со скоростью от 2 до 20 м/с, причем каждый генератор вихря выполнен в виде по меньшей мере двух коаксиально установленных в устройстве полых модулей, размещенных один в другом нижний и верхний в форме усеченных конусообразных гиперболоидов вращения, причем внутренние радиусы каждого полого элемента относятся как rнижн=0,4375⋅rверх, где rнижн - радиус нижнего элемента, rверх - радиус верхнего элемента, а наружные радиусы элементов, формирующие воздухозаборник, относятся как R=5⋅rbepx, где RB3 - наружный радиус полого элемента, rверх - радиус верхнего элемента, в полости каждого полого элемента размещены вертикальные лопасти-перегородки, изогнутые по спирали Архимеда, для формирования ламинаризированного закрученного потока в спиральных вихреобразующих каналах, имеющих спиральную форму и сужающихся по мере приближения к общему цилиндрическому каналу для образования единого закрученного потока в этом общем цилиндрическом канале. Как раз тот факт, что все модули конструкции генератора вихря имеют одинаковые размеры и свои закрученные потоки сбрасывают в общий цилиндрический канал и приводит к неоднозначности в работе генератора вихря при изменении скорости воздушного потока - на малых скоростях ветра ветровая турбина работать будет, при увеличении скорости воздушного потока в цилиндрическом канале растущий пограничный слой- канал перекроет;- is the low efficiency of a vortex wind turbine, which contains input and exhaust vortex generators, while the input vortex generators consist of n + 1 identical modularly arranged devices for generating an air flow incident at a speed of 2 to 20 m / s, and each vortex generator is made in in the form of at least two hollow modules coaxially installed in the device, placed one in the other lower and upper in the form of truncated cone-shaped hyperboloids of revolution, and the inner radii of each hollow element are related as r lower = 0.4375⋅r upper , where r lower is the radius of the lower element, r top is the radius of the upper element, and the outer radii of the elements forming the air intake are as follows : R BЗ = 5⋅r bepx , where R B3 is the outer radius of the hollow element, r top is the radius of the upper element, vertical baffle blades curved in an Archimedes spiral to form a laminarized swirling flow into a spiral vortex-forming channels, having a spiral shape and tapering as it approaches a common cylindrical channel to form a single swirling flow in this common cylindrical channel. It is precisely the fact that all modules of the vortex generator structure have the same dimensions and their swirling flows are dumped into a common cylindrical channel and leads to ambiguity in the operation of the vortex generator when the air flow speed changes - at low wind speeds, the wind turbine will operate when the air speed increases. the flow in the cylindrical channel will block the growing boundary layer;

- маломощная система вытяжки отработанного воздуха, что влияет на изменение соотношения температур, необходимых для образования точки росы в камере экстракции влаги;- a low-power exhaust air exhaust system, which affects the change in the ratio of temperatures required for the formation of a dew point in the moisture extraction chamber;

- слабая термоизоляция камеры экстракции влаги, особенно при размещении установки в пустынных и безлесных территориях (степи, пустыни…).- poor thermal insulation of the moisture extraction chamber, especially when the installation is located in desert and treeless areas (steppes, deserts ...).

Задачей предлагаемого изобретения является создание автономной установки для эффективной экстракции пресной воды из атмосферного воздуха (набегающего с любой скоростью воздушного потока) с помощью вихревой ветротурбины, несложной по конструкции и использующей Вихревой эффект, который существенно влияет на увеличение объема воздуха в единицу времени, проходящего через установку, а также температурного разделителя воздушного потока (вихревой термопреобразователь), для применения установки в районах с недостатком природных источников пресной питьевой воды. В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность осуществлять эффективную экстракцию пресной воды путем генерирования и формирования набегающего воздуха в закрученный поток генератором вихря с последующим нагнетанием его в вихревой термопреобразователь (вихревой холодильник), где происходит разделение потока, образующий на периферии горячий закрученный поток, обогащенный влагой, и охлажденный поток, который поступает в радиаторы для охлаждения, а насыщенный горячий воздух конденсируется на охлажденных радиаторах и поступает в водосборник, где дополнительным аккумулятором холода является блок, выполненный из композитного материала с низкой теплопроводностью.The objective of the present invention is to create an autonomous installation for efficient extraction of fresh water from atmospheric air (incoming at any air velocity) using a vortex wind turbine, simple in design and using the Vortex effect, which significantly affects the increase in the volume of air per unit time passing through the installation , as well as a temperature separator of the air flow (vortex thermal converter), for using the unit in areas with a lack of natural sources of fresh drinking water. As a result of using the proposed invention, it becomes possible to efficiently extract fresh water by generating and forming incoming air into a swirling stream by a vortex generator, followed by its injection into a vortex thermal converter (vortex cooler), where the flow is divided, forming a hot swirling stream enriched with moisture at the periphery, and the cooled stream, which enters the radiators for cooling, and the saturated hot air condenses on the cooled radiators and enters the water collector, where an additional cold accumulator is a block made of a composite material with low thermal conductivity.

Повышается надежность и долговечность установки за счет отсутствия вращающихся деталей и узлов, сохраняются работоспособность и эксплуатационные характеристики в течение длительного времени. Эффективность работы установки и интенсивность экстракции зависят только от скорости ветрового потока. Конструирование установок различных размеров позволит использовать их как индивидуально, так и для снабжения водой целых поселений, а также для создания искусственных водоемов в засушливых районах для улучшения земель, подверженных опустыниванию и деградации.The reliability and durability of the installation is increased due to the absence of rotating parts and assemblies, the operability and performance characteristics are preserved for a long time. The efficiency of the installation and the intensity of extraction depend only on the speed of the wind flow. The design of plants of various sizes will allow them to be used both individually and to supply water to entire settlements, as well as to create artificial reservoirs in arid regions to improve lands prone to desertification and degradation.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что автономный экстрактор атмосферной влаги, состоящий из вертикально-осевой ветровой турбины в виде вихревого эжектора, водосборника с конденсируемой влагой, согласно изобретению содержит вихревой холодильник, конденсационную камеру, радиатор-теплообменник для охлаждения воздуха, при этом вертикально-осевая ветровая турбина выполнена в виде вихревого эжектора, установленного с возможностью формирования закрученного ламинаризированного воздушного потока и нагнетания его через воздуховод в вихревой холодильник, где происходит разделение воздушного потока на горячий и холодный потоки, при этом вихревой холодильник имеет один воздуховод для подвода горячего потока в радиатор-теплообменник конденсационной камеры, а другой воздуховод подает на радиатор-теплообменник конденсационной камеры охлажденный воздух, причем конденсационная камера снабжена вытяжным воздуховодом для отвода осушенного воздуха в окружающую среду, при этом сконденсированная влага поступает в водосборник, где установлен аккумулятор холода, выполненный из композитного материала с низкой теплопроводностью, а конденсационная камера с размещенными в ней вихревым терморегулятором, радиатором-теплообменником и водосборником установлена под насыпным холмом выше линии грунта. В предлагаемой установке экстракции пресной воды из атмосферного воздуха для получения пресной воды из атмосферного воздуха, содержащей вихревой эжектор и водосборник с конденсируемой влагой, в вихревом входном эжекторе модули генератора вихря располагаются один над другим, причем внутренние радиусы каждого модуля, начиная с верхнего, уменьшаются на 10% и установлены так, чтобы набегающий со скоростью от 2 до 20 м/с воздушный поток, проходящий через воздухозаборник вихревого эжектора, формировался в закрученные ламинаризированные потоки и нагнетался через воздуховод в вихревой холодильник, где происходит разделение потока, образуя на горячий воздушный поток, обогащенный влагой, и охлажденный воздушный поток, который поступает в радиатор-теплообменник, а насыщенный горячий воздух поступает в радиатор-теплообменник конденсационной камеры, где конденсируется на охлажденных радиаторах, и сконденсированная влага поступает в водосборник, где дополнительным аккумулятором холода является блок, выполненный из композитного материала с низкой теплопроводностью, при этом осушенный от влаги воздух и холодный воздух из камеры экстракции отводятся через вытяжные воздуховоды в вытяжной вихревой эжектор, а затем в окружающую среду, причем водосборник с конденсатором влаги установлен под насыпным холмом выше линии грунта. Вытяжной эжектор конструктивно - аналогичен входному эжектору атмосферного воздуха, его задача - интенсивно отсасывать из камеры экстракции осушенный воздух. Работа вихревого холодильника основана на эффекте температурного разделения газов (воздуха) и является результатом сложного газодинамического процесса, протекающего в пространственном турбулентном потоке вязкого сжимаемого газа в соответствии с «вихревым эффектом», открытым Ж. Ранком и примененным в промышленности А.П. Меркуловым (Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969).The above technical result is achieved by the fact that an autonomous extractor of atmospheric moisture, consisting of a vertical-axial wind turbine in the form of a vortex ejector, a collector with condensed moisture, according to the invention contains a vortex cooler, a condensation chamber, a radiator-heat exchanger for air cooling, while the vertical-axial the wind turbine is made in the form of a vortex ejector, installed with the possibility of forming a swirling laminarized air flow and pumping it through the air duct into the vortex cooler, where the air flow is divided into hot and cold streams, while the vortex cooler has one air duct for supplying the hot flow to the radiator - the heat exchanger of the condensation chamber, and the other air duct supplies cooled air to the radiator-heat exchanger of the condensation chamber, and the condensation chamber is equipped with an exhaust air duct for removing the dried air into the environment, while condensers This moisture enters the water collector, where a cold accumulator is installed, made of a composite material with low thermal conductivity, and the condensation chamber with a vortex thermostat, a radiator-heat exchanger and a water collector located in it is installed under the fill mound above the ground line. In the proposed installation for the extraction of fresh water from atmospheric air to obtain fresh water from atmospheric air, containing a vortex ejector and a water collector with condensed moisture, in the vortex inlet ejector, the vortex generator modules are located one above the other, and the internal radii of each module, starting from the upper one, decrease by 10% and installed so that the air flow oncoming at a speed of 2 to 20 m / s passing through the air intake of the vortex ejector is formed into swirling laminarized flows and is pumped through the air duct into the vortex cooler, where the flow is divided, forming a hot air flow, enriched with moisture, and cooled air flow that enters the radiator-heat exchanger, and saturated hot air enters the radiator-heat exchanger of the condensation chamber, where it condenses on cooled radiators, and the condensed moisture enters the water collector, where the block is an additional cold accumulator, made of a composite material with low thermal conductivity, while the air dried from moisture and cold air from the extraction chamber are discharged through the exhaust ducts into the exhaust vortex ejector, and then into the environment, and the collector with the moisture condenser is installed under the bulk mound above the ground line. The exhaust ejector is structurally similar to the inlet ejector of atmospheric air, its task is to intensively suck dry air out of the extraction chamber. The operation of a vortex cooler is based on the effect of temperature separation of gases (air) and is the result of a complex gas-dynamic process occurring in a spatial turbulent flow of a viscous compressible gas in accordance with the "vortex effect" discovered by J. Rank and applied in industry by A.P. Merkulov (Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. M .: Mashinostroenie, 1969).

Сущность предлагаемой установки экстракции пресной воды из атмосферного воздуха поясняется чертежом, на котором представлена общая схема установки.The essence of the proposed installation for the extraction of fresh water from atmospheric air is illustrated by a drawing, which shows the general scheme of the installation.

Установка экстракции пресной воды из атмосферного воздуха содержит вихревой эжектор атмосферного воздуха 1, вихревую систему охлаждения 4, камеру для экстракции влаги из атмосферного воздуха (конденсационную камеру) 3, воздуховод для подачи закрученного потока воздуха 2, соединяющий вихревой эжектор 1 с вихревой системой охлаждения 4, воздуховод 6, выводящий горячий обогащенный влагой поток из вихревой системы охлаждения 4, воздуховод 5, выводящий охлажденный воздушный поток из вихревой системы охлаждения 4, радиатор-теплообменник для охлаждения воздуха 7, вытяжной трубопровод 9, вытяжной эжектор 10, отводящий воздух из камеры для экстракции влаги из атмосферного воздуха 3, водосборник 11, трубопровод для отвода экстрагированной воды из атмосферного воздуха к потребителю 13, насыпной холм 8, аккумулятор холода, выполненный из композиционного материала 12. Водосборник 11 размещен под насыпным холмом 8 выше линии грунта высотой, равной глубине прогревания грунта в зависимости от климатических условий конкретной местности. Вихревая ветротурбина (вихревой эжектор) 1 установлена с возможностью формирования закрученного ламинаризированного потока и нагнетания через воздуховод 2 в вихревую камеру для экстракции влаги из атмосферного воздуха 3.The installation for the extraction of fresh water from atmospheric air contains a vortex ejector of atmospheric air 1, a vortex cooling system 4, a chamber for extracting moisture from atmospheric air (condensation chamber) 3, an air duct for supplying a swirling air flow 2, connecting the vortex ejector 1 with a vortex cooling system 4, air duct 6, discharging hot moisture-enriched flow from the vortex cooling system 4, air duct 5, discharging cooled air flow from the vortex cooling system 4, radiator-heat exchanger for air cooling 7, exhaust pipe 9, exhaust ejector 10, exhausting air from the chamber for moisture extraction from atmospheric air 3, water collector 11, pipeline for removing extracted water from atmospheric air to the consumer 13, bulk hill 8, cold accumulator made of composite material 12. Water collector 11 is located under the bulk hill 8 above the ground line with a height equal to the depth of soil warming in depending on climatic local conditions. The vortex wind turbine (vortex ejector) 1 is installed with the possibility of forming a swirling laminarized flow and pumping it through the air duct 2 into the vortex chamber for extracting moisture from the atmospheric air 3.

Автономный экстрактор атмосферной влаги работает следующим образом. Набегающий поток ветра, начиная со скорости 2-3 м/с, проходит через вихревую ветротурбину (вихревой эжектор) 1, где преобразуется в закрученный поток, который через воздуховод 2 нагнетается в вихревую систему охлаждения 4, где происходит разделение воздушного потока на горячий и холодный. Образовавшийся в вихревом холодильнике 4 горячий закрученный поток, обогащенный влагой, поступает в радиатор-теплообменник 7 через вытяжной воздуховод 6, а в противоположную сторону выходит охлажденный поток, поступающий по трубам воздуховода 5 также в радиатор-теплообменник 7 - для охлаждения. Насыщенный влагой горячий воздух, поступивший в конденсационную камеру 3, конденсируется на охлажденном радиаторе-теплообменнике 7, после чего экстрагированная вода поступает в водосборник 11, где дополнительно охлаждается аккумулятором холода 12, выполненным из композитного материала с низкой теплопроводностью.Autonomous extractor of atmospheric moisture works as follows. The oncoming wind flow, starting at a speed of 2-3 m / s, passes through a vortex wind turbine (vortex ejector) 1, where it is converted into a swirling flow, which is pumped through an air duct 2 into a vortex cooling system 4, where the air flow is divided into hot and cold ... The hot swirling stream formed in the vortex cooler 4, enriched with moisture, enters the radiator-heat exchanger 7 through the exhaust air duct 6, and in the opposite direction comes the cooled flow entering through the pipes of the air duct 5 also into the radiator-heat exchanger 7 for cooling. The hot air saturated with moisture entering the condensation chamber 3 is condensed on the cooled radiator-heat exchanger 7, after which the extracted water enters the collector 11, where it is additionally cooled by the cold accumulator 12 made of a composite material with low thermal conductivity.

Далее осушенный от влаги воздух из камеры для экстракции влаги из атмосферного воздуха 3 и холодный воздух из радиатора-теплообменника 7 отводятся через вытяжной воздуховод 9 и с помощью вытяжного эжектора 10 в окружающую среду. Камера экстракции 3 с размещенной в ней вихревой системой охлаждения 4, радиатором-теплообменником 7 и водосборником 11 установлены под насыпным холмом 8 выше линии грунта. Накопленная экстрагированная пресная вода из атмосферного воздуха самотеком вытекает по трубопроводу 13 к потребителю.Further, the air dehumidified from moisture from the chamber for extracting moisture from atmospheric air 3 and cold air from the radiator-heat exchanger 7 are discharged through the exhaust air duct 9 and using the exhaust ejector 10 into the environment. An extraction chamber 3 with a vortex cooling system 4 located in it, a radiator-heat exchanger 7 and a water collector 11 are installed under the embankment 8 above the ground line. The accumulated extracted fresh water from the atmospheric air flows by gravity through the pipeline 13 to the consumer.

Claims (1)

Автономный экстрактор атмосферной влаги, состоящий из вертикально-осевой ветровой турбины в виде входного вихревого эжектора, водосборника с конденсируемой влагой, отличающийся тем, что содержит вихревой холодильник, конденсационную камеру, радиатор-теплообменник для охлаждения воздуха, при этом вертикально-осевая ветровая турбина выполнена в виде входного вихревого эжектора, предназначенного для формирования закрученного ламинаризированного воздушного потока и нагнетания его через воздуховод в вихревой холодильник, где происходит разделение воздушного потока на горячий и холодный потоки, при этом вихревой холодильник имеет один воздуховод для подвода горячего потока в радиатор-теплообменник конденсационной камеры, а другой воздуховод подает охлажденный воздух также на радиатор-теплообменник конденсационной камеры, сконденсированная в радиаторе-теплообменнике влага поступает в водосборник, где установлен аккумулятор холода, выполненный из композитного материала с низкой теплопроводностью, конденсационная камера с размещенными в ней вихревым холодильником, радиатором охлаждения воздуха и водосборником, установлена под насыпным холмом выше линии грунта, в вихревом входном эжекторе модули генератора вихря располагаются один над другим, причем внутренние радиусы каждого модуля, начиная с верхнего, уменьшаются на 10% и установлены так, что набегающий со скоростью от 2 до 20 м/с воздушный поток, проходящий через воздухозаборник каждого модуля вихревого эжектора, формирует свой закрученный ламинаризированный поток в виде тонкостенных воздушных цилиндров, которые не смешиваются друг с другом и нагнетаются через воздуховод в вихревой холодильник, где происходит разделение потока, образуя при этом горячий воздушный поток, обогащенный влагой, и охлажденный поток, который поступает в радиатор-теплообменник для охлаждения, а насыщенный горячий воздух поступает в конденсационную камеру, где конденсируется на охлажденных радиаторах, и затем сконденсированная влага поступает в водосборник, где дополнительным аккумулятором холода является блок, выполненный из композитного материала с низкой теплопроводностью, при этом осушенный от влаги воздух и холодный воздух из камеры экстракции отводятся через вытяжные воздуховоды в вытяжной вихревой эжектор, а затем в окружающую среду, причем водосборник с конденсатором влаги установлен под насыпным холмом выше линии грунта, вместе с тем вытяжной вихревой эжектор конструктивно аналогичен входному вихревому эжектору атмосферного воздуха, его задача - интенсивно откачивать из камеры экстракции осушенный воздух.An autonomous extractor of atmospheric moisture, consisting of a vertical-axial wind turbine in the form of an inlet vortex ejector, a collector with condensed moisture, characterized in that it contains a vortex cooler, a condensation chamber, a radiator-heat exchanger for air cooling, while the vertical-axial wind turbine is made in in the form of an inlet vortex ejector designed to form a swirling laminarized air flow and pump it through the air duct into a vortex cooler, where the air flow is divided into hot and cold streams, while the vortex cooler has one air duct for supplying the hot flow to the radiator-heat exchanger of the condensation chamber, and the other air duct supplies cooled air also to the radiator-heat exchanger of the condensation chamber, moisture condensed in the radiator-heat exchanger enters the water collector, where the cold accumulator is installed, made of a composite material with low thermal conductivity e, the condensation chamber with a vortex cooler, an air cooling radiator and a water collector located in it, is installed under the embankment above the ground line, in the vortex inlet ejector, the vortex generator modules are located one above the other, and the internal radii of each module, starting from the upper one, decrease by 10 % and are installed so that the oncoming air flow at a speed of 2 to 20 m / s passing through the air intake of each vortex ejector module forms its own swirling laminarized flow in the form of thin-walled air cylinders that do not mix with each other and are pumped through the air duct in a vortex refrigerator, where the stream is split, forming a hot air stream enriched with moisture, and a cooled stream that enters the radiator-heat exchanger for cooling, and saturated hot air enters the condensation chamber, where it condenses on cooled radiators, and then the condensed moisture enters in the water a collector, where an additional cold accumulator is a block made of a composite material with low thermal conductivity, while the air dried from moisture and cold air from the extraction chamber are discharged through the exhaust air ducts into the exhaust vortex ejector, and then into the environment, and a water collector with a moisture condenser is installed under the embankment above the ground line, at the same time, the exhaust vortex ejector is structurally similar to the inlet vortex ejector of atmospheric air, its task is to intensively pump out dried air from the extraction chamber.
RU2020127463A 2020-08-18 2020-08-18 Autonomous atmospheric moisture extractor RU2751004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127463A RU2751004C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Autonomous atmospheric moisture extractor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127463A RU2751004C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Autonomous atmospheric moisture extractor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751004C1 true RU2751004C1 (en) 2021-07-07

Family

ID=76755907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127463A RU2751004C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Autonomous atmospheric moisture extractor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751004C1 (en)

Citations (3)

* 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
RU2648796C1 (en) * 2016-10-21 2018-03-28 Сергей Содномович Доржиев Method and device for fresh water extraction from atmospheric air
RU2649890C1 (en) * 2017-07-19 2018-04-05 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Installation of fresh water extraction from atmospheric air

Patent Citations (3)

* 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
RU2648796C1 (en) * 2016-10-21 2018-03-28 Сергей Содномович Доржиев Method and device for fresh water extraction from atmospheric air
RU2649890C1 (en) * 2017-07-19 2018-04-05 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Installation of fresh water extraction from atmospheric air

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2649890C1 (en) Installation of fresh water extraction from atmospheric air
CN101535638B (en) Vortex engine
Ming et al. Freshwater generation from a solar chimney power plant
RU2648796C1 (en) Method and device for fresh water extraction from atmospheric air
US6116034A (en) System for producing fresh water from atmospheric air
CN105587015B (en) Fresh water collection device
Rostamzadeh et al. Performance enhancement of waste heat extraction from generator of a wind turbine for freshwater production via employing various nanofluids
CN104828890A (en) Sun-drying type seawater desalination device having active condensation function and method
RU2751004C1 (en) Autonomous atmospheric moisture extractor
Esfanjani et al. Experimental investigation of a novel design of cavity receiver for a parabolic dish collector humidification-dehumidification desalination system
CN104074236A (en) Volatilization type sewage cleanup and atmosphere form transformation type water collecting device
Ahmed et al. A review of vacuum solar desalination powered by renewable energy: Recent trends
CN1331764C (en) Comprehensive system for preparing fresh water and wind powder generation by solar energy chimney indirect condensing heat-exchange
Zuo et al. Research progress on integrated solar chimney system for freshwater production
CN101349245A (en) Man-made airflow and water flow double electric generating apparatus and method thereof
Mohamad et al. Use of Solar Chimney in renewable energy applications–A review
CN206232423U (en) A kind of solar power generation and sea water desalinating unit for combining wind pressure type ventilation unit
WO2020246904A1 (en) Installation for generating electrical energy and extracting moisture from the atmosphere
Abdunnabi et al. Design of CSP plants for desalination in Libya
CN1609446A (en) Power generating method
CN103015486A (en) Factory-like sewage volatilization elimination and atmosphere form conversion water collecting device
CN1168447A (en) Globally networked hot mountain wind and solar energy power generation and artificial weather regulating technology
WO1997021922A1 (en) Total electric water system
RU2157874C2 (en) Low-cost sweet-water producing unit
KR100938538B1 (en) Solar Vortex Chimney Power Plant boosted by Solar Chimney