UA133425U

UA133425U - AIR CONDENSATION SYSTEM

Info

Publication number: UA133425U
Application number: UAU201809851U
Authority: UA
Inventors: Сергій Олександрович Олефіренко; Гліб Вікторович Паккі
Original assignee: Сергій Олександрович Олефіренко; Гліб Вікторович Паккі; Щербаков Олексій Олексійович
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-04-10

Abstract

Система для конденсації води з повітря містить щонайменше один електродвигун, щонайменше один відцентровий повітряний компресор, щонайменше один теплообмінний блок конденсатора, щонайменше одну детандер-генераторну установку, сепаратори. При цьому елементи системи пов′язані між собою системою трубопроводів. Робота запропонованої системи полягає в тому, що атмосферне повітря, що надходить до системи, проходить теплообмінні блоки конденсатора та через систему трубопроводів надходить для часткового осушення та виділення води в сепараторі, з наступним потраплянням у детандер-генераторну установку з остаточним осушенням повітря та виділенням води у сепараторі, а отримана енергія направляється або до електромережі та/або для живлення електродвигуна.The air condensing system comprises at least one electric motor, at least one centrifugal air compressor, at least one heat exchanger condenser unit, at least one expander-generator unit, separators. The elements of the system are connected by a pipeline system. The operation of the proposed system is that the atmospheric air entering the system passes the heat exchanger condenser units and through the piping system enters for partial drainage and separation of water in the separator, with subsequent entry into the expander-generator unit with final drying of water and separators, and the resulting energy is sent either to the mains and / or to power the motor.

Description

Корисна модель належить до області газотермодинаміки.A useful model belongs to the field of gas thermodynamics.

Заявлена система являє собою технологічну лінію для вилучення води з навколишнього атмосферного повітря з відносною вологістю до 10095, робота якої супроводжується виробництвом електроенергії та може бути використана для отримання прісної води в умовах пустелі та районах з нестачею або відсутністю природних джерел прісної питної води, також може бути використана для забезпечення населення питною водою після додаткової мінералізації та для побутових потреб і організації гідропонних ферм/гтепличних господарств.The claimed system is a technological line for extracting water from ambient atmospheric air with a relative humidity of up to 10095, the operation of which is accompanied by the production of electricity and can be used to obtain fresh water in desert conditions and areas with a lack or absence of natural sources of fresh drinking water, it can also be used to provide the population with drinking water after additional mineralization and for domestic needs and the organization of hydroponic farms/greenhouses.

Відомий пристрій (1| призначений для отримання прісної води в районах з нестачею природних джерел прісної питної води. Пристрій складається з насоса-компресора, яким закачують повітря з навколишнього середовища в змійовик-теплообмінник, охолоджуваний повітрям навколишнього середовища, холодильної камери з розташованою всередині неї газовою турбіною, з'єднаною з електрогенератором змінного струму, і камери-відстійника, з'єднаної патрубком з холодильною камерою. Стиснене повітря з змійовика-теплообмінника через сопло надходить на лопатки газової турбіни, яка здійснює механічну роботу за рахунок внутрішньої теплової енергії газу, в результаті чого температура повітря знижується на кілька десятків градусів. Водяна пара, що міститься в повітрі, конденсується у вигляді дрібних кристалів льоду, які випадають в нижній частині камери-відстійника і після накопичення періодично розплавляються електричними нагрівачами. Отримана вода через кран випускається назовні. Вироблена електрогенератором енергія спрямовується в електромережу та таким чином в електромережу повертається велика частина електроенергії, витраченої насосом-компресором на стиск повітря, що робить пристрій економічним, не забруднює навколишнє середовище і не викликає яких-небудь екологічних змін.The known device (1| is intended for obtaining fresh water in areas with a lack of natural sources of fresh drinking water. The device consists of a pump-compressor that pumps air from the environment into a coil-heat exchanger cooled by the ambient air, a refrigerating chamber with a gas a turbine connected to an alternating current generator and a settling chamber connected by a pipe to a refrigerating chamber. Compressed air from the heat exchanger coil through a nozzle enters the blades of a gas turbine, which performs mechanical work due to the internal thermal energy of the gas, as a result which lowers the air temperature by several tens of degrees. The water vapor contained in the air condenses in the form of small ice crystals, which fall in the lower part of the settling chamber and, after accumulation, are periodically melted by electric heaters. The resulting water is released through the tap to the outside. Produced by the electric generator rgy is sent to the power grid, and in this way, a large part of the electricity spent by the pump-compressor for air compression is returned to the power grid, which makes the device economical, does not pollute the environment, and does not cause any ecological changes.

До недоліків відомого пристрою, при роботі якого отримують прісну воду, слід віднести обмерзання трубопроводів та патрубків, оскільки даний пристрій згідно з його описом буде використаний у засушливих регіонах, а при низьких температурах оточуючого середовища обмерзання трубопроводів та патрубків не уникнути.The disadvantages of the well-known device, during the operation of which fresh water is obtained, should include icing of pipelines and nozzles, since this device, according to its description, will be used in arid regions, and at low temperatures of the surrounding environment, icing of pipelines and nozzles cannot be avoided.

Ще одним недоліком відомого пристрою є те, що для розплавлення льоду необхідні додаткові витрати електроенергії. Так, за відомим пристроєм водяна пара, що міститься в повітрі, конденсується у вигляді дрібних кристалів льоду, які випадають в нижній частиніAnother disadvantage of the known device is that additional electricity consumption is required to melt the ice. So, according to a known device, the water vapor contained in the air condenses in the form of small ice crystals that fall in the lower part

Зо камери-відстійника і після накопичення періодично розплавляються електричними нагрівачами, а отже цей процес потребує енергетичних ресурсів, таких як електроенергія.From the settling chamber and after accumulation, they are periodically melted by electric heaters, and therefore this process requires energy resources, such as electricity.

Ще одним недоліком відомого пристрою є те, що нагрівальні елементи потребують технічного обслуговування та заміни, у випадку їх виходу з ладу, а отже цей процес потребує матеріаломістких ресурсів.Another disadvantage of the known device is that the heating elements require maintenance and replacement in the event of their failure, and therefore this process requires material-intensive resources.

Запропонований відомий пристрій має продуктивність роботи пристрою протягом доби 540 кг питної води при умові його роботи 12 годин і температурі навколишнього середовища 30 "С вище нуля, з відносною вологістю повітря 5 95. Отже, це свідчить про низьку продуктивність роботи пристрою, оскільки такий видобуток води при роботі відомого пристрою не покриває потреб прісної води.The proposed known device has a performance of the device during the day of 540 kg of drinking water under the condition of its operation for 12 hours and an ambient temperature of 30 "С above zero, with a relative humidity of 5 95. Therefore, this indicates a low performance of the device, since such water extraction during the operation of the known device does not cover the needs of fresh water.

Також, відомі способи і пристрої для вилучення води з атмосферного повітря, одним з яких є повітряно-водяний генератор за патентом США М 5203989 |21|. Відповідно до цього патенту формують потік повітря, що містить водяні пари, охолоджують його до температури нижче точки роси, конденсують водяну пару в воду, а зневоднене повітря викидають в атмосферу. Відомий пристрій містить корпус, в якому встановлена холодильна машина і засіб транспортування потоку повітря. Нижня частина корпусу поєднана зі збірником конденсату. При прокачуванні потоку атмосферного повітря, що містить пари води, відбувається їх конденсація на охолоджувальному елементі холодильної машини і одночасне охолодження потоку повітря, що викидається в атмосферу.Also, methods and devices for extracting water from atmospheric air are known, one of which is an air-water generator according to the US patent M 5203989 |21|. According to this patent, a flow of air containing water vapor is formed, it is cooled to a temperature below the dew point, the water vapor is condensed into water, and the dehydrated air is released into the atmosphere. The known device contains a housing in which a refrigerating machine and a means of transporting air flow are installed. The lower part of the case is connected to the condensate collector. When pumping a flow of atmospheric air containing water vapor, their condensation occurs on the cooling element of the refrigerating machine and simultaneous cooling of the flow of air emitted into the atmosphere.

Відомий спосіб отримання води з повітря |З), що полягає в тому, що формують потік повітря, що містить пари води, здійснюють штучне охолодження потоку повітря на одній ділянці другого потоку, організовують теплопередачу між частинами потоку повітря, що знаходяться по обидві сторони від ділянки штучного охолодження, конденсують пари води в тій частині потоку повітря, температура якої нижче точки роси, і викидають зневоднене повітря в атмосферу.A known method of obtaining water from the air |Z), which consists in forming an air flow containing water vapor, carrying out artificial cooling of the air flow in one section of the second flow, organizing heat transfer between parts of the air flow located on both sides of the section artificial cooling, condense water vapor in that part of the air flow, the temperature of which is below the dew point, and release the dehydrated air into the atmosphere.

До недоліків цих відомих способів та пристрою слід віднести низьку економічність використання холодопродуктивності холодильної машини, так як тільки незначна її частина використовується для конденсації водяної пари, особливо при малій вологості повітря. При цьому велика частина холодопродуктивності витрачається на охолодження зневодненого повітря, що викидається в атмосферу.The disadvantages of these known methods and devices include the low efficiency of using the refrigerating machine's refrigerating capacity, as only a small part of it is used for condensation of water vapor, especially at low air humidity. At the same time, a large part of the cooling capacity is spent on cooling the dehydrated air that is released into the atmosphere.

Задачею даної корисної моделі є створення системи, яка являє собою комплекс для виділення води з атмосферного повітря, який характеризується високою продуктивністю, надійністю та ефективністю, автономністю.The task of this useful model is to create a system that is a complex for extracting water from atmospheric air, which is characterized by high productivity, reliability and efficiency, autonomy.

В основу корисної моделі поставлено задачу розробки автономної системи для отримання достатньої кількості прісної води з атмосферного повітря з високою продуктивністю, надійністю, ефективністю її роботи за для покриття потреб населення та підприємств в районах з нестачею або відсутністю природних джерел прісної питної води.The basis of a useful model is the task of developing an autonomous system for obtaining a sufficient amount of fresh water from atmospheric air with high productivity, reliability, and efficiency of its operation to cover the needs of the population and enterprises in areas with a shortage or absence of natural sources of fresh drinking water.

Поставлену задачу з отримання прісної води вирішують шляхом конденсації води з повітря при роботі запропонованої системи для забезпечення населення питною водою після відповідної мінералізації для побутових потреб і організації гідропонних ферм/тепличних господарств. При цьому роботою запропонованої системи одночасно зменшують витрати електроенергії на кожен кілограм отриманої води.The task of obtaining fresh water is solved by condensing water from the air during the operation of the proposed system to provide the population with drinking water after appropriate mineralization for domestic needs and the organization of hydroponic farms/greenhouses. At the same time, the operation of the proposed system simultaneously reduces the cost of electricity for each kilogram of received water.

Технічний результат заявленої корисної моделі полягає в досягненні отримання питної води в безводній місцевості, розвиток аграрної інфраструктури на Близькому Сході, таких районів як пустелі Азії, Африки, Америки та Австралії, у країнах СНД такими районами є пустелі СередньоїThe technical result of the declared useful model is the achievement of obtaining drinking water in an arid area, the development of agricultural infrastructure in the Middle East, such areas as the deserts of Asia, Africa, America and Australia, in the CIS countries such areas are the deserts of the Middle

Азії і Казахстану і всі райони, де є нестача прісної води; підвищенні екологічної безпеки навколишнього середовища за рахунок відсутності яких-небудь екологічних змін; виробленні електроенергії для забезпечення автономності або часткової автономності роботи системи, оскільки роботою запропонованої системи забезпечується отримання електричної енергії; зменшенні витрат на придбання і транспортування чистої питної води, в тому числі і мінералізованої; зниженні енергетичних затрат на отримання чистої питної води при опрісненні за рахунок виконання системи такою, що її роботою забезпечується вироблення електроенергії; отриманні води з повітря, що не потребує ресурсів.Asia and Kazakhstan and all regions where there is a shortage of fresh water; increasing environmental safety due to the absence of any environmental changes; electricity generation to ensure autonomy or partial autonomy of system operation, since the operation of the proposed system ensures the receipt of electrical energy; reducing the costs of purchasing and transporting clean drinking water, including mineralized water; reduction of energy costs for obtaining clean drinking water during desalination due to implementation of the system in such a way that its operation ensures the generation of electricity; obtaining water from the air, which does not require resources.

Поставлена задача вирішується роботою запропонованої системи, яка містить щонайменше один електродвигун, щонайменше один відцентровий повітряний компресор, щонайменше один теплообмінний блок конденсатора, щонайменше одну детандер-генераторну установку, сепаратори, при цьому елементи системи пов'язані між собою системою трубопроводів.The task is solved by the operation of the proposed system, which contains at least one electric motor, at least one centrifugal air compressor, at least one heat exchange unit of the condenser, at least one expander-generator unit, separators, while the elements of the system are interconnected by a system of pipelines.

Робота запропонованої системи полягає в тому, що атмосферне повітря, що надходить до системи, проходить теплообмінні блоки конденсатора та через систему трубопроводівThe operation of the proposed system consists in the fact that the atmospheric air entering the system passes through the heat exchange units of the condenser and through the pipeline system

Зо надходить для часткового осушення та виділення води в сепараторі, з наступним потраплянням у детандер-генераторну установку з остаточним осушенням повітря та виділенням води у сепараторі, а отримана енергія направляється або до електромережі та/"або для живлення електродвигуна.Zo enters for partial drying and separation of water in the separator, with subsequent entry into the expander-generator unit with final drying of air and separation of water in the separator, and the resulting energy is directed either to the power grid and/or to power the electric motor.

В окремому випадку для досягнення максимального коефіцієнта корисної дії теплообмінного блока конденсатора передбачено встановлення газощільних панелей як корпусних елементів та проміжних секцій конденсатора, через котрі транспортується потік зневодненого та охолодженого повітря.In a separate case, in order to achieve the maximum efficiency of the heat exchange unit of the condenser, it is envisaged to install gas-tight panels as body elements and intermediate sections of the condenser, through which the flow of dehydrated and cooled air is transported.

В окремому випадку, для захисту поверхні конденсатора від прямих сонячних променів може бути передбачено встановлення сонячних панелей.In a separate case, solar panels may be installed to protect the surface of the capacitor from direct sunlight.

Отримана під час роботи заявленої системи електроенергія спрямовується в електромережу та/або на роботу електродвигуна.The electricity obtained during the operation of the declared system is directed to the power grid and/or to the operation of the electric motor.

Робота запропонованої системи пояснюється кресленням та полягає в наступному.The operation of the proposed system is explained by the drawing and consists of the following.

Повітря атмосферного тиску навколишнього середовища при роботі електродвигуна (1) потрапляє через всмоктуючий патрубок (10) до відцентрового повітряного компресора (2), де попередньо охолоджується до температури, достатньої для подальшої конденсації з нього води у сепараторі (9), де через трубопровід (16) відводиться частково виділена вода. Охолоджене частково повітря через трубопровід (15) надходить до детандер-генераторної установки (18), яка включає газову турбіну (4), трансмісії (5), редуктор (6), генератор (7), при цьому повітря розширюється на турбіні (4) та одночасно охолоджується до температури, достатньої для подальшої конденсації, та через трубопровід (19) надходить до сепаратора (8) для остаточного виділення води, яка відводиться через трубопровід (17), а остаточно осушене повітря по трубопроводу (13) надходить до конденсатора (3) для охолодження повітря, яке надходить до конденсатора (3) для проходження циклу конденсації у системі. Електроенергія, вироблена генератором (7), направляється в електромережу та/(або для забезпечення роботи електродвигуна системи. Осушене повітря після проходження у системі направляється через патрубок (12) на: охолодження корпусних елементів теплообмінного блока конденсатора (на кресленні не позначено) та/лабо для охолодження ступенів відцентрового компресора (на кресленні не позначено), та/або кондиціонування гідропонних ферм та/або тепличних господарств (на кресленні не позначено), та/"або до холодильних пристроїв, таких як бо холодильні/їіморозильні камери та приміщення для зберігання продукції (на кресленні не позначено), талабо може бути направлено в атмосферу через вихідний повітряний патрубок (12). Отримана вода, через вихідні трубопроводи (16, 17), які виконані з запірною арматурою (на кресленні не позначено), направляється до резервуарів збору води та до зрошувальної системи.Ambient atmospheric pressure air during the operation of the electric motor (1) enters through the suction pipe (10) to the centrifugal air compressor (2), where it is pre-cooled to a temperature sufficient for further condensation of water from it in the separator (9), where through the pipeline (16) ) partially separated water is discharged. Partially cooled air through the pipeline (15) enters the expander-generator unit (18), which includes a gas turbine (4), transmission (5), reducer (6), generator (7), while the air expands on the turbine (4) and at the same time cools to a temperature sufficient for further condensation, and through the pipeline (19) enters the separator (8) for the final release of water, which is removed through the pipeline (17), and the finally dried air through the pipeline (13) enters the condenser (3) ) to cool the air that enters the condenser (3) for the condensation cycle in the system. The electricity produced by the generator (7) is sent to the power grid and/or to ensure the operation of the electric motor of the system. The dried air after passing through the system is sent through the nozzle (12) to: cooling the housing elements of the heat exchange unit of the condenser (not marked on the drawing) and/or for cooling centrifugal compressor stages (not shown on the drawing), and/or air conditioning hydroponic farms and/or greenhouses (not shown on the drawing), and/or to refrigerating devices such as refrigerating/freezing chambers and product storage rooms (not marked on the drawing), the talaba can be sent to the atmosphere through the outlet air pipe (12). The resulting water, through the outlet pipelines (16, 17), which are made with shut-off fittings (not marked on the drawing), is directed to the water collection tanks and to the irrigation system.

Система є абсолютно екологічно чистою, без шкідливих викидів у навколишнє середовище.The system is absolutely ecologically clean, without harmful emissions into the environment.

Завдяки рекуперації (поверненню) частина затраченої електроенергії повертається до мережі або для живлення електродвигуна, чим забезпечується автономність роботи системи, крім цього вироблена електроенергія може бути використана для роботи електродіалізних установок при необхідності опріснення солоної води, якщо комплекс побудовано поблизу джерел солоної води або транспортування солоної води до комплексу є економічно обгрунтованим.Thanks to recuperation (return), part of the spent electricity is returned to the network or to power the electric motor, which ensures the autonomy of the system, in addition, the generated electricity can be used for the operation of electrodialysis units if it is necessary to desalinate salt water, if the complex is built near sources of salt water or transportation of salt water to the complex is economically justified.

На кресленні позначено: 1 - електродвигун; 2 - віддентровий повітряний компресор;The drawing shows: 1 - electric motor; 2 - outdoor air compressor;

З - теплообмінний блок конденсатора Е-1 Повітря-Повітря; 4 - турбіна газова (повітря); 5 - трансмісія; 6 - редуктор; 7 - генератор; 8 - сепаратор С-2; 9 - сепаратор С-1; 10 - всмоктуючий патрубок; 11 - трубопровід подачі повітря на блок конденсатора Е-1; 12 - вихідний повітряний трубопровід; 13 - вхідний трубопровід на блок конденсатора Е-1 (охолоджене повітря); 14 - повітряний трубопровід Е-1-С1; 15 - вихідний повітряний трубопровід на детандер-генераторну установку (повітря); 16 - вихідний дренажний патрубок сепаратора С-1; 17 - вихідний дренажний патрубок сепаратора С-2;C - heat exchange unit of the E-1 Air-Air condenser; 4 - gas turbine (air); 5 - transmission; 6 - reducer; 7 - generator; 8 - separator C-2; 9 - separator C-1; 10 - suction pipe; 11 - air supply pipeline to the E-1 condenser unit; 12 - output air pipeline; 13 - inlet pipeline to the E-1 condenser unit (cooled air); 14 - air pipeline E-1-C1; 15 - output air pipeline to the expander-generator unit (air); 16 - outlet drainage pipe of separator C-1; 17 - outlet drainage pipe of separator C-2;

Зо 18 - детандер-генераторна установка; 19 - трубопровід ДГУ-С2; 20 - електромережа.Zo 18 - expander-generator installation; 19 - pipeline DSU-S2; 20 - power grid.

Джерела інформації: 1. КО 2143033 С1, МПК ЕО3В3/28, ВО105/00, Опубліковано: 20.12.1999, Автор: ЦивинскийSources of information: 1. KO 2143033 C1, IPC EO3B3/28, VO105/00, Published: 12/20/1999, Author: Tsyvinsky

С.В. "Устройство для массового получения пресной водьі путем конденсации водяньїх паров из воздуха". 2. 055203989А, МПК ЕО38В3/00, ЕО3В3/28, опубліковано: 20.04.1993, Автор: датез У. Кеїду, 1260 Маїп 51., Ноідеп, Маз5. 01520 "Портативний гідрогенератор" / "Роїабіє аїг-маїег депегаїйо"". 3. ММО1993004764А1, МПК ВО1053/261, 1993-03-18, Автор: Кпиї Сіаеззоп, "Спосіб та апарат для підвищення виробництва процесу сушки повітря" / "А теїйой апа аррагайиз ог іпсгеазіпд Ше уївід ої ап аїк-агуіпу ргосевв5".S.V. "Device for mass production of fresh water by condensation of water vapor from the air". 2. 055203989А, IPC EO38B3/00, EO3B3/28, published: 04/20/1993, Author: datez U. Keidu, 1260 Maip 51., Noidep, Maz5. 01520 "Portable hydrogen generator" / "Royabie aig-mayeg depegaio"". 3. ММО1993004764А1, IPC VO1053/261, 1993-03-18, Author: Kpiyi Siaezzop, "Method and apparatus for increasing the production of the air drying process" / "A teiyo apa arragayiz og ipsgeazipd She uivid oi ap aik-aguipu rgosevv5".

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A system for condensing water from air, which is characterized by the fact that it contains at least one electric motor (1), at least one centrifugal air compressor (2), at least one heat exchange condenser unit (3), at least one expander-generator unit (18), containing a gas turbine (4), a transmission (5), a reducer (6), a generator (7), made with the possibility of generating electricity, separators for extracting water from the air (8, 9), made with the possibility of water removal, a pipeline system ( 11, 13, 14, 15, 19), which connects the elements of the system for condensing water from air so that the centrifugal air compressor (2), which receives air from the environment through the suction pipe (10) and during operation of the electric motor (1), through the air supply pipeline (11), is connected to the heat exchange unit of the condenser (3), from which, through the air pipeline (14), partially cooled air flows to one of the separators (9), where it is partially dried with extraction in air, which is diverted to consumers through the pipeline (16), and the air flows through the outlet air pipeline (15) to the turbine (4) of the expander-generator unit (18), where the previously partially dried air is expanded 3 by simultaneously lowering its temperature, and leads to the operation of the turbine (4) of the expander-generator unit bo (18), while the power produced by the turbine (4) is transmitted through the gearbox (6) to the generator

(7) to generate electricity, and the air through the pipeline (19) enters the outlet separator (8), where it is finally dried with the removal of water from it, which is removed through the pipeline (17), after which the dried air is directed through the pipeline (13) to of the heat exchange unit of the condenser (3) for cooling the air entering the condenser (3) through the pipeline (11) and directed through the outlet air pipeline (12), while the energy produced by the electric generator (7) is directed to the electrical network (20) and/or for the operation of the electric motor.

2. The system according to claim 1, which differs in that through the air pipeline (12) the air is directed either to the cooling of the compressor (2) and/or to emission into the atmosphere, and/or to household and/or industrial needs.

3. The system according to claim 1, which differs in that through the pipeline (16) and the pipeline (17), the water that is diverted from the system enters the condensate collector, which is a water storage tank, which can be additionally connected to the mineralization unit water

4. The system according to claim 1, which is characterized by the fact that the surfaces of the capacitor can be additionally equipped with solar panels for protection from direct sunlight. Y : tre N shk and | y Shk zn nnyy va v: y y y E pchnnMO 000 E and GAK sey PPD Krey i 3 : oi