Винахід відноситься, зокрема, до установок, що використовують поновлювані джерела енергії.
Технічною задачею винаходу є збільшенням ефективності роботи конденсується поверхні і забезпечення автономності при роботі установки для конденсації вологи з атмосферного повітря. Установка містить сонячні батареї, холодильну систему, водозбірник, повітропровід і вентиляційну систему, а також введена в неї в якості конденсатора ієрархічна капілярна структура з зменшуваним радіусом капілярів в кожному наступному вертикально розташованому шарі, утворює велику конденсується поверхню з хорошою проникністю для повітряних потоків.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до установок для отримання прісної води з атмосферного повітря, зокрема, до установок, що використовують поновлювані джерела енергії.
Відома установка для отримання прісної води з вологого повітря. в роботі якої використовується сонячна енергія / 1 /. Вона містить сонячні батареї, холодильний агрегат, водозбірник і повітропровід, в якому розміщені випарник холодильного агрегату і вентилятор.
Установка працює в такий спосіб. За рахунок електроенергії, одержуваної від сонячних батарей, холодильний агрегат виробляє холод, який виділяється на теплообміннику-випарнику. Вологе повітря за допомогою вентилятора продувається через повітропровід, в якому розташований випарник. В результаті контакту з поверхнею теплообмінника-випарника повітря охолоджується, що міститься в ньому пар стає насиченим, частково конденсується на поверхні теплообмінника і стікає в водозбірник.
Недоліком даної установки є великі енерговитрати і низька продуктивність.
Найбільш близькою до винаходу є установка. в якій здійснюється акумуляція холоду для його використання в нічний час / 2 /. Вона містить сонячні батареї, холодильний агрегат, акумулятор холоду, виконаний у вигляді наповненою водою термоізольованому ємності, з'єднаний через гидронасос і вентиль з холодильним агрегатом і теплообмінником-конденсатором, розташованому в повітроводі, в якому також знаходиться каплеуловитель і вентилятор. Під отвором в повітроводі знаходиться водозбірник.
Установка працює в такий спосіб. У світлий час доби електроенергія від сонячних батарей надходить на холодильний агрегат, який виробляє холод. За допомогою вентиля холодильний агрегат підключається до термоізольованому ємності. Що знаходиться в ній рідина за допомогою гидронасоса прокачується через холодильний агрегат і охолоджується, в результаті в термоізольованому ємності акумулюється холод. Потім термоізольована ємність за допомогою вентиля відключається від холодильного агрегату і підключається до теплообмінника-конденсатора
Коли вологість повітря досягає величини, близької до 100%, включається гидронасос і вентилятор. З їх допомогою холодна рідина і вологе повітря пропускаються через конденсатор. Що міститься в повітрі водяна пара конденсується на його поверхні, а що знаходяться в ньому краплі уловлюються каплеуловителем і захоплена волога стікає в водозбірник.
Недоліком даної установки є низька ефективність роботи конденсується поверхні при відносній вологості менше 100%. необхідність витрачання енергії і відсутність автономності при роботі.
Завданням винаходу є збільшення ефективності роботи конденсується поверхні і забезпечення автономності при роботі установки для конденсації вологи з атмосферного повітря.
Технічний результат досягається тим, що в установку для конденсації прісної води з атмосферного повітря, що містить сонячні батареї, холодильну систему, водозбірник, повітропровід і вентиляційну систему, введена в якості конденсатора ієрархічна капілярна структура з зменшуваним радіусом капілярів в кожному наступному вертикально розташованому шарі, утворює велику конденсується поверхню з хорошою проникністю для повітряних потоків.
Позитивний ефект досягається за рахунок того, що при роботі установки в меніска в капілярах з радіусом менше 10 -5 см відбувається конденсація вологи при відносних вогкості менше 100%.
З таблиці видно, що тиск насиченої пари над меніском в 10 разів менше тиску насиченого пара над плоскою поверхнею, якщо радіус капіляра 0,5 · 10 -3 мкм. Для радіуса капіляра 0,1 мкм тиск насиченої пари практично не відрізняється від тиску пари над плоскою поверхнею з точністю до 1%.
Тому капіляри з радіусом більше 0,1 мкм можна вважати макрокапилляров, а капіляри, у якого радіус менше цієї величини, мікрокапіляри. Внутрішня поверхня мікрокапілярів дуже велика в порівнянні з поверхнею макрокапилляров. Так для активованого вугілля поверхню мікропор з радіусом 10 -7 см дорівнює від 900 до 1500 м 2 / г. а поверхня макропор з радіусом 10 -4 см дорівнює від 0,35 до 1,7 м 2 / г.
У капілярах відбувається капілярна конденсація пара. Помістимо капіляр, стінки якого змочуються водою, у вологе повітря з парціальним тиском пари 16,6 мм. нехай температура повітря 20 o C. для якого тиск насиченої пари дорівнює 17,54 мм. Відносна вологість при цьому буде дорівнює 94% і щоб досягти точки роси треба знизити температуру вологого повітря приблизно на 1 o C. При 20 o C щільність повітря дорівнює 1,2 кг / м 3. а теплоємність 0,24 ккал / (кг градус) . Отже, для зниження температури 1 м 3 повітря необхідно відібрати у нього 288 ккал. що дорівнює половині енергії, що виділяється при конденсації 1 г водяної пари. Використання ж капілярної конденсації, яка відбувається при відносній вологості менше 100%. істотно знижує енергетичні витрати холодильної системи. Стінки капіляра будуть адсорбувати пар і покриються шаром вологи. На дні капіляра шар адсорбованого пара дасть увігнутий меніск. Якщо радіус капіляра близько 10 -6 см. То тиск насиченої пари для меніска такого радіуса одно 15,9 мм. По таблиці видно, що для такого радіуса пар буде насиченим при 90% від величини насиченої пари над плоскою поверхнею. Отже, пар в навколишньому просторі з тиском 16,6 мм буде вже пересиченим паром для меніска рідини капіляра і сконденсовану пара, капіляр буде поступово заповнюватися водою.
В системі, де структура, яка містить тонкі капіляри, з'єднана з проводять капилляром, висота якого трохи менше капілярного підйому знаходиться в ньому рідини, а проводить капіляр спирається на шар води в водозбірнику, як це показано на фіг. 1. волога, сконденсована в тонких капілярах буде стікати в водозбірник. Коли проводить капіляр має радіус 0,05 мм. то висота капілярного підйому води становить приблизно 2,96 см. Якщо ж радіус капіляра дорівнює 0,025 мм. то висота підйому буде дорівнює 5,92 см. Таким чином, якщо прокачувати повітря через вертикальну структуру, що спирається на водозбірник, то вона буде конденсувати вологу. Відзначимо, що може бути кілька вертикальних конденсують стінок.
На фіг. 2 наведена схема установки для конденсації вологи з атмосферного повітря. Вона містить водозбірник 1, капілярну конденсаційну систему 2, холодильну систему 3, вентиляційну систему 4 і повітропровід 5. При цьому в вертикальної капілярної структурі проводять капіляри для кожного наступного шару конденсують капілярів мають дедалі менший радіус. Тепло конденсації від конденсують капілярів відводитися як вентиляційною системою, так і за допомогою холодильної системи. Вентиляційний ефект досягається за рахунок конвекції, що виникає в результаті виділення прихованого тепла при конденсації і за рахунок примусового руху повітря збуджується вентилятором, живлення якого здійснюється від акумулятора, заряджаючого від сонячних батарей, або за рахунок конвекції, індукованої акумулятором сонячного тепла, сполученим з відповідним колектором.
Холодильна система 2 виконана з твердого матеріалу, складається з декількох рівнів, розташованих усередині розгалуженої капілярної системи 3, що утворює конденсаційну систему з хорошою проникністю для повітряних потоків.
Конденсується система 3 являє собою ієрархічну капілярну систему з зменшуваним радіусом капілярів в кожному наступному вертикально розташованому шарі, причому кожен шар з'єднаний з водозбірником товстим нижньому капилляром, які мають висоту трохи нижче висоти капілярного підняття води за рахунок сил поверхневого натягу, подальше підняття здійснюється у верхніх капілярах з радіусом менше 10 -5 см. де утворюються меніски, на яких йде конденсація вологи при відносних вогкості менше 100%. Охолодження системи відбувається за рахунок холодильної системи.
Витяжна труба в 4 може бути виконана у вигляді легкої конструкції, наприклад каркаса, обтягнутого плівкою.
Установка працює наступним чином. Вночі температура поверхні землі і повітря починає зменшуватися за рахунок радіаційного випромінювання. За рахунок накопиченої сонячної енергії в витяжній трубі створюється потік теплого повітря. В результаті створюється різниця тисків і атмосферне повітря надходить в нижню частину конденсується системи, піднімається вгору і виходить у витяжну трубу. Конденсація вологи, що міститься в охолодженому повітрі відбувається на капілярах при відносній вологості менше 100%
Процес конденсації водяної пари триває також і днем, тільки спочатку теплий атмосферне повітря охолоджується холодильною системою. Днем утворення повітряних потоків через систему сприяє також його нагрівання сонячними променями, що створює усередині його градієнт температури.
ЛІТЕРАТУРА
1. Заявка ФРН N 3313711, кл. E 03 B 3/28.
2. Патент Росії N 2056479, кл. C1 (пртотіп).
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Установка для конденсації прісної води з атмосферного повітря, що містить сонячні батареї, холодильну систему, водозбірник, повітропровід і вентиляційну систему, яка відрізняється тим, що в неї введена в якості конденсатора ієрархічна капілярна структура з зменшуваним радіусом капілярів в кожному наступному вертикально розташованому шарі, утворює велику конденсується поверхню з хорошою проникністю для повітряних потоків.