способ производства воды из воздуха (осушения воздуха) и устройство для его осуществления
Классы МПК: | F25B30/02 компрессионного типа F24F3/14 увлажнением; осушением |
Автор(ы): | Сиренко В.С., Горячев Е.А. |
Патентообладатель(и): | Кокурин Андрей Борисович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-11-03 публикация патента:
27.06.2000 |
Сформированный по меньшей мере одним вентилятором поток влажного воздуха охлаждают в первом теплообменнике промежуточным теплоносителем и в охлаждающем элементе холодильной машины до температуры ниже точки росы с последующим отводом сконденсированной воды. Далее поток воздуха нагревают во втором теплообменнике промежуточным теплоносителем и в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла. При этом расходы промежуточного теплоносителя и влажного воздуха могут регулироваться одновременно или последовательно в зависимости от климатических параметров атмосферного воздуха. При охлаждении влажного воздуха ниже температуры замерзания воды направления потока влажного воздуха периодически изменяют, направляя его сначала в элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, а затем в охлаждающий элемент. Сконденсированную воду очищают, фильтруют и минерализуют. Предложенное изобретение позволяет повысить производительность по выходу воды за счет повышения производительности холодильной машины при снижении энергозатрат и увеличения площади контакта секций теплообменника, имеющих температуру ниже точки росы, с влажным воздухом. 2 с. и 23 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ выделения воды из воздуха, включающий формирование потока влажного воздуха, последовательное охлаждение его в первом теплообменнике и в охлаждающем элементе холодильной машины до температуры ниже точки росы с последующим отводом сконденсированной воды, нагревание его в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла, и отвод в окружающую среду, отличающийся тем, что охлажденный осушенный воздух используют для охлаждения промежуточного теплоносителя во втором теплообменнике и/или для осуществления управляемого процесса охлаждения хладагента в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют по меньшей мере один дополнительный поток влажного воздуха и направляют его в третий теплообменник, охлаждают его до температуры точки росы, после чего направляют осушенный поток воздуха на элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании поглощенного из осушенного потока воздуха холода соотношение его долей, направляемых на охлаждение промежуточного теплоносителя во втором теплообменнике на снижение температуры хладагента в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла, задают в зависимости от значений климатических параметров атмосферного воздуха и интенсивности процесса конденсации водяных паров в ручном или /и автоматическом режиме. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплообмен между влажными и осушенными частями потоков воздуха осуществляют и регулируют посредством промежуточного теплоносителя, подаваемого с переменным расходом. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что расход теплоносителя регулируют в зависимости от климатических параметров атмосферного воздуха и интенсивности процесса конденсации водяных паров. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход потока влажного воздуха регулируют в зависимости от значений климатических параметров атмосферного воздуха и интенсивности процесса конденсации водяных паров. 7. Способ по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что расходы потока влажного воздуха и теплоносителя регулируют одновременно. 8. Способ по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что расходы потока влажного воздуха и теплоносителя регулируют последовательно. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при охлаждении потока влажного воздуха ниже температуры замерзания воды периодически изменяют направление потоков влажного воздуха так, что вместо охлаждающего элемента холодильной машины влажный поток воздуха направляют в элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, при этом охлаждающий элемент холодильной машины применяют как элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, а элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, как охлаждающий элемент холодильной машины. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток осушенного воздуха удаляют от места формирования потока влажного воздуха. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что сконденсированную воду очищают, фильтруют и минерализуют. 12. Устройство для выделения воды из воздуха, содержащее первый теплообменник и последовательно расположенные по направлению потока воздуха охлаждающий элемент холодильной машины, второй теплообменник, элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, а также сборник воды и по меньшей мере один вентилятор, отличающееся тем, что второй теплообменник соединен с первым теплообменником и с элементом холодильной машины, предназначенным для отвода тепла, посредством регулируемой теплопередачи. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере один теплообменник располагают по направлению потока воздуха перед элементом охлаждения холодильной машины. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним теплообменником, предназначенным для охлаждения по меньшей мере одного дополнительного потока влажного воздуха, направленного в обход охлаждающего элемента холодильной машины на элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла. 15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что первый и второй теплообменники выполнены в виде единого вращающегося с регулируемой скоростью теплообменника, расположенного после охлаждающего элемента холодильной машины по направлению потока воздуха. 16. Устройство по пп.12 и 15, отличающееся тем, что оно снабжено несколькими холодильными машинами, охлаждающие элементы которых или части одного охлаждающего элемента холодильной машины равномерно распределены по поверхности вращающегося теплообменника. 17. Устройство по пп. 15 и 16, отличающееся тем, что прошедший через вращающийся теплообменник поток воздуха полностью направляют на элементы холодильной машины, предназначенные для отвода тепла. 18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что первый и второй теплообменники, охлаждающий элемент холодильной машины и элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, выполнены в виде единого блока с кондуктивно-конвективной теплопередачей. 19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что первый и второй теплообменники, охлаждающий элемент холодильной машины и элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, выполнены в виде единого блока, теплообмен в котором осуществляют посредством тепловых труб. 20. Устройство по п.12, отличающееся тем, что холодильная машина работает в режиме теплового насоса. 21. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним устройством для сбора взвешенной в воздухе капельной воды, установленным за охлаждающим элементом холодильной машины по направлению движения потока воздуха. 22. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним устройством для сбора взвешенной в воздухе капельной воды, установленным за дополнительным теплообменником по направлению движения дополнительного потока воздуха23. Устройство по п.14, отличающееся тем, что после дополнительного теплообменника по направлению потока воздуха размещают вращающийся теплообменник. 24. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере один из теплообменников соединен посредством теплоносителя с элементом холодильной машины, предназначенным для отвода тепла. 25. Устройство по пп.12-15, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде многосекционной конструкции.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области термодинамики влажного воздуха, более точно к получению воды из атмосферного воздуха и осушению воздуха помещений, и может быть использовано для получения пресной воды, в т.ч. питьевой, в различных климатических районах, а также для осушения воздуха помещений. Известно устройство и способ осушения воздуха, осуществляемый в нем (см. патент Великобритании N 2186959, кл. F 24 F 3/14, 1987), в котором сформированный вентилятором поток воздуха подвергают предварительному охлаждению в теплообменнике, затем дополнительному охлаждению в испарителе холодильной машины до температуры ниже температуры точки росы, отводят образовавшийся конденсат, после чего поток воздуха нагревают в том же теплообменнике и в конденсаторе холодильной машины и отводят в окружающую среду. В описанных выше способе и устройстве осуществляется предварительное охлаждение входящего потока воздуха выходящим, что, с одной стороны, несколько повышает эффективность использования холодопроизводительности холодильной машины, но, с другой стороны, может приводить к снижению величины холодопроизводительности из-за понижения температуры охлаждающего элемента. Конструкция описанного выше устройства состоит из холодильной машины и теплообменника, воздух между которыми сообщается через газопроводы, что создает значительное аэродинамическое сопротивление, требует наличия вентиляторов повышенной мощности и приводит к большим габаритам устройства. Низкая эффективность теплопередачи от выходящего воздуха к входящему в устройство вызывает значительные потери холода. Известно устройство и способ осушения воздуха в нем, принятый в качестве ближайшего аналога (см. заявку Франции N 2672970 A1, кл. F 25 В 30/02, 1992), в котором сформированный вентилятором поток воздуха охлаждают в первом теплообменнике и в испарителе холодильной машины до температуры ниже точки росы с последующим отводом сконденсированной воды, затем нагревают его во втором теплообменнике и в конденсаторе холодильной машины и отводят в окружающую среду. Теплообменники связаны между собой промежуточным теплоносителем. Указанные способ и устройство для извлечения воды из воздуха благодаря организации теплообменного процесса между входящей и выходящей частями потока воздуха обеспечивают дискретное снижение температуры воздуха до испарителя и такое же повышение температуры после этого элемента, обеспечивая на выходе из устройства температуру потока воздуха, близкую к атмосферной. В указанных способе и устройстве осуществляется более эффективное, чем в описанных ранее способе и устройстве, охлаждение входящего потока воздуха выходящим и достигается повышение эффективности использования холодопроизводительности холодильной машины, однако, этим способу и устройству присущи следующие недостатки. Значительное снижение температуры воздуха ниже точки росы вызовет образование тумана и унос части сконденсированной влаги с потоком воздуха из устройства. Снижение температуры воздуха ниже 0oC вызовет прекращение получения воды из воздуха из-за обмерзания секций теплообменника и испарителя, снижения теплопередачи от воздуха к ним, снижения температуры охлаждающего элемента под слоем "снеговой шубы", понижения холодопроизводительности холодильной машины при работе, рост энергопотребления, рост аэродинамического сопротивления в теплообменнике вследствие уменьшения проходного сечения. Расположение теплообменника, использующего аккумулированный из обезвоженного воздуха холод для дополнительного охлаждения входящего потока воздуха, только перед испарителем холодильной машины будет неэффективно в условиях повышенной относительной влажности входящего воздуха (выше 70%). Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа производства воды из воздуха, а также его осушении и создании устройства для его осуществления, в которых достигалось бы повышение производительности по выходу воды за счет повышения производительности холодильной машины при снижении энергозатрат и увеличения площади контакта теплообменника, имеющего температуру ниже точки росы, с влажным воздухом. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что способ производства воды из воздуха (осушения воздуха), заключающийся в том, что формируют поток влажного воздуха, содержащего пары воды, осуществляют искусственное охлаждение его в первом теплообменнике и в охлаждающем элементе холодильной машины до температуры ниже точки росы с последующим отводом сконденсированной воды, затем нагревают его в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла, и отводят в окружающую среду, при этом охлажденный осушенный воздух используют для охлаждения промежуточного теплоносителя во втором теплообменнике и/или для осуществления управляемого процесса охлаждения хладагента в элементе холодильной машины, предназначенном для отвода тепла. Решение поставленной задачи достигается также за счет того, что в устройстве для производства воды из воздуха (осушения воздуха), содержащем первый теплообменник и последовательно расположенные по направлению потока воздуха охлаждающий элемент холодильной машины, второй теплообменник, элемент холодильной машины, предназначенный для отвода тепла, а также сборник воды и по меньшей мере один вентилятор, при этом второй теплообменник соединен с первым теплообменником и с элементом холодильной машины, предназначенным для отвода тепла, посредством регулируемой теплопередачи. Для увеличения количества конденсируемой воды целесообразно регулировать расход потока воздуха, увеличивая его с ростом холодопроизводительности холодильной машины при использовании аккумулированного холода из обезвоженного воздуха для дополнительного охлаждения участка отвода тепла холодильной машины. С целью увеличения количества конденсируемой воды целесообразно регулировать интенсивность теплообмена, осуществляемого посредством применения промежуточного теплоносителя, по распределению аккумулированного холода между участками потока воздуха. При снижении скорости циркуляции промежуточного теплоносителя уменьшается охлаждение секций теплообменника, предназначенных для дополнительной конденсации водяных паров, и увеличивается доля холода, направленного для дополнительного охлаждения участка отвода тепла холодильной машины. При повышении расхода воздуха через устройство для производства воды, при массовой скорости более некоторого порога, например, более 5 кг/м2![способ производства воды из воздуха (осушения воздуха) и устройство для его осуществления, патент № 2151973](/images/patents/320/2151009/183.gif)
![способ производства воды из воздуха (осушения воздуха) и устройство для его осуществления, патент № 2151973](/images/patents/320/2151074/981.gif)
![способ производства воды из воздуха (осушения воздуха) и устройство для его осуществления, патент № 2151973](/images/patents/320/2151050/8805.gif)
![способ производства воды из воздуха (осушения воздуха) и устройство для его осуществления, патент № 2151973](/images/patents/320/2151050/8805.gif)
холодопроизводительность ХМ при использовании холодного обезвоженного воздуха для охлаждения конденсатора может возрасти на 30-40% в интервале температуры атмосферного воздуха выше 0oC до ~ 50oC, при снижении мощности потребляемой энергии производство воды с помощью вышеуказанного устройства может составить до ~ 5 л в час, при температуре окружающего воздуха 10 - 20oC и относительной влажности от 20 до 60% соответственно, до 10 л в час и более при температуре окружающего воздуха 25 - 30oC и более и относительной влажности до 80% и выше.
Класс F25B30/02 компрессионного типа
Класс F24F3/14 увлажнением; осушением