Вихревой конденсатор влаги VGS

Вихревой конденсатор влаги VGS

 

Вводные

 

Атмосферный воздух является гигантским резервуаром влаги, и даже в засушливых районах содержит, как правило, более 6-10 г воды на 1 м³. Так, в 1 км³ приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20 000 тонн водяных паров. Количество воды, находящейся в каждый данный момент в атмосфере Земли, равно 14 тыс. км³, в то время как во всех речных руслах всего 1,2 тыс. км³. Однако погодно-климатические условия в этих зонах не позволяют водяным парам достигнуть состояния насыщения и выпасть в виде осадков. Таким образом, в засушливых и пустынных районах Земли процесс кругооборота воды не завершается.

 

 Ежегодно с поверхности суши и океана испаряется 577 тыс. км³, столько же потом выпадает в виде осадков. Речной годовой сток составляет лишь 7% общего количества выпадающих осадков. Из сравнения общего количества испаряющейся влаги и количества воды в атмосфере легко видеть, что в течение года она обновляется в атмосфере 45 раз.

 

Распределение воды в атмосфере неравномерно. Половина всего водяного пара приходится на нижние слои атмосферы до 1,5 км. У земной поверхности средняя по земному шару абсолютная влажность составляет 11 г/м³, а в тропических регионах эта величина доходит до 25 г/м³ и выше, в то время как в водяных облаках в 1 м³ содержится от 0,1 до 0,3 г воды.

 

Например, в Джибути в течение всего года практически не бывает дождей, в то время как абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 18 до 24 г/м³. В пустынях Аравийского полуострова и в Сахаре над каждым квадратом со стороной 10 км каждые сутки проносится такое количество воды, которое равно по объему озеру площадью 1 км² и глубиной 50 м. Данный ресурс пресной воды постоянно возобновляется, характеристики конденсата, который может быть получен в большинстве районов Земли, очень высокие: в конденсате на два-три порядка меньше токсических металлов по сравнению с требованиями санитарных служб, практически нет микроорганизмов, он хорошо аэрирован.

 

Например, в Нуакшоте (Мавритания) средняя месячная температура воздуха в мае-октябре составляет 27-30°С, относительная влажность 60-80%. Это означает, что в каждом кубическом метре воздуха содержится 20-24 г воды. При понижении температуры на 10-15°С из каждого кубического метра можно выделить 10-14 г воды. Если учесть, что суточный перепад температуры может составлять 15-20°С, то становится понятным, почему в Сахаре обильные росы.

 

На Земле имеется много районов с выгодными для получения пресной воды из атмосферного воздуха условиями. В Израиле, например, 190-200 ночей характеризуются 100%-ной влажностью. Следует заметить, что по наблюдениям Функа в Австралии ночью в приземном слое воздуха существует значительная дивергенция на высотах 0,5-1,5 м. В осенне-зимние ночи он наблюдал там дивергенцию до 1,33 мкВт/см³. Такая дивергенция должна охлаждать воздух на 3,7°С в 1 час, а при ясном небе - даже на 6°С в 1 час. Аналогичная ситуация наблюдается и в других регионах Земного шара. Например, на Ближнем Востоке и в Северной Африке суточные амплитуды температур могут достигать нескольких десятков градусов: Туггурт - 57 °С, Ин-Салах - 66 °С, Тегеран - 48 °С и т. д., что способствует обильному выпадению росы.

 

На сегодняшний день годовой оборот мирового рынка пресной воды оценивается около 450 млрд. дол. США. По данным WorldWaterCouncil общие расходы на добычу и хранение воды составляют около 80 млрд. долл. США и в ближайшие 20 лет должны увеличиться в 2 раза.

 

Дополнительная потребность воды для засушливых регионов Земли составляет не менее 2 тыс. км³ в год, таким образом, ожидаемая емкость рынка даже по скромным оценкам 1 долл. за м³ равняется 2 000 млрд. долл.

 

Содержание водяного пара с высотой убывает очень быстро. Это результат низких температур окружающего воздуха. Водяные пары уже на небольших высотах конденсируются и выпадают на землю в виде осадков. Изменение относительной влажности не имеет такой закономерной зависимости от высоты, как изменение абсолютной влажности. При малых абсолютных количествах водяных паров степень насыщения в зависимости от температуры может быть велика и иногда достигает 100%, что и приводит к образованию кучево-дождевых (насыщенных влагой) облаков и выпадению осадков. 

 

Схема, показывающая, что воздух не способен содержать в себе бесконечное количество водяного пара    Распределение водяного пара в атмосфере зависит прежде всего от подачи в атмосферу водяного пара, т. е. от наличия источников его — водной поверхности, увлажненной почвы, растительности, а также от факторов, влияющих на скорость испарения: температуры воздуха, движения воздушных масс, приносящих запасы влаги из других мест или усиливающих испарение, рельефа и от других факторов.

 

Прямой зависимости между испарением воды над определенной территорией и выпадением осадков нет. Наоборот, в среднем отмечается обратная связь: увеличение осадков сопровождается уменьшением испарения. Отсюда следует вывод, что в образовании осадков над ограниченной территорией суши испарение с этой же территории не играет существенной роли. Вспомним, что над такими водными бассейнами, как Аральское и Каспийское моря, сумма выпадающих осадков весьма незначительна.

 

Между тем годовое количество воды, испаряющейся с поверхности этих морей, составляет слой толщиной 800—1000 мм. Более того, над этими морями в тропосфере господствует перенос воздуха с запада на восток, благодаря чему воздух дополнительно увлажняется испарениями с поверхности этих морей. Казалось бы, количество осадков у восточных берегов должно быть больше, чем у западных. В действительности все обстоит не так. Особенно четко это видно на примере Каспийского моря. Оказывается, что восточные берега Каспия увлажнены значительно меньше, чем западные, хотя площадь Каспийского моря составляет свыше 400 000 км². Это также указывает, что влага, интенсивно испаряющаяся даже с относительно крупных водных бассейнов, мало участвует в образовании осадков, выпадающих как на их поверхности, так и на ближайшем удалении от них. То, что количество осадков, выпадающих на ограниченной территории суши, почти не зависит от количества влаги, испаряющейся с той же территории, видно на графике годового хода испарения с поверхности озера Севан и годового хода осадков на бывшем острове (ныне полуострове) Севан, расположенном в западной части озера.

 

Предлагаемое решение VGS.

 

Созданная технология атмосферной без ресурсной (возобновляемого сырья) влаги конденсации VGS создает новое измерение рынка пресной воды. Впервые возникает возможность получать воду из практически неограниченного ресурсного (возобновляемого) источника - атмосферы Земли.

 

Атмосферный без ресурсный влаго конденсатор представляет собой технологическое устройство способное извлекать воздух непосредственно из атмосферы. При этом производительность такой технологии составляет от 10 литров (ведро) до 500 тонн (десяток ж.д. цистерн) пресной воды в сутки в зависимости от потребности в пресной воде. Технология построена на новых эффектах газодинамики и не имеет мировых аналогов.

 

Главное преимущество данной технологии является ее практическая автономность, независимость от исходных источников сырья и весьма ограниченные энергозатраты в сравнении с существующими технологиями. При добавлении в структуру комплекса оборудования для минерализации воды можно получить станции обеспечения питьевой водой. Атмосферные влаго конденсаторы можно объединять в специализированные водные станции, способные обеспечить пресной водой любых потребителей через специальные накопительные резервуары.

 

Вихревой кондиционер-влаго конденсатор – два в одном, который одновременно решает две задачи:

 

1. Получение пресной воды из атмосферного воздуха

2. Подача охлажденного (нагретого) воздуха в жилое помещение

 

Данная технология более 10-ти лет разрабатывалась группой русских учёных под руководством Андрея Ченцова. В настоящее время получены результаты разработок, которые позволили создать управляемый смерч (торнадо) в замкнутом пространстве, что в свою очередь позволяет разложить любую газовую смесь на составляющие молекулярного уровня.

По эффективности и экономическим показателям данная технология в разы обгоняет лучшие существующие в мире разработки в данной области.

Себестоимость получения воды с помощью вихревого влаго конденсатора примерно сопоставима с методом опреснения, но качество пресной воды - не сопоставимо, при этом это абсолютно экологически безопасная технология.

 

Краткое научное обоснование

 

Существуют два основных способа получения воды из воздуха:

 

● конденсация на холодной поверхности

● поглощения сорбентами, жидкими (абсорбенты)

● поглощения сорбентами, твердые (адсорбенты).

 

В средних широтах атмосферная влага возвращается на землю в виде дождя и снега, конденсируясь в облачных структурах. В тропиках воздушные вертикальные потоки направлены вниз, что приводит к неблагоприятным условиям для конденсации влаги на высоте 1,5-3 км.

 

Для получения значительного количества конденсата необходимо выполнение двух условий: температура должна быть ниже точки росы и наличие центров конденсации. Это следует из формулы В. Томсона (лорда Кельвина) для критического радиуса капли R_к: R_к=2œV₁/V₂(P - P_п),

 

Как отмечалось выше, - туманы, как правило, не образуются при 100%-ной влажности, так как для их образования необходимы центры конденсации. Наиболее интересными системами, которые не требуют расходования энергии на производство влаги, были феодосийские сооружения, которые, к сожалению, в настоящее время разобраны. В г. Феодосия в России до 80-х годов прошлого века не было водоснабжения из одного какого-либо мощного источника, но в довольно большом количестве имелись "фонтаны". Вода к ним была подведена самотеком по гончарным трубам в направлении с окружающих город гор, на которых никаких признаков источников или каких-либо сооружений для водопровода не было. Дело в том, что конденсат собирался со скалы, на которой были установлены специальные щебневые кучи.

 

Как всегда, подсказку даёт сама Природа. Физическое явление, заложенное в принцип действия разработанной технологии известно, – это смерч.

 

Смерч (синонимы – торнадо, тромб, мезо-ураган) – это очень сильный вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, обладающий ураганными скоростями ветра более 33 м/с. Энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, по оценкам С.А. Арсеньева, А.Ю. Губаря и В.Н. Николаевского, равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила, подобной первой атомной бомбе, взорванной США во время испытаний «Тринити» в Нью-Мексико 16 июля 1945 г.

 

Технология

Суть технологии заключается в том, что в результате интенсивной закрутки газовой смеси, за счёт разности молекулярных масс и воздействия на них несколькими силовыми полями - газ расслаивается на компоненты молекулярного уровня с эффективностью до 100%.

Общий вид Установки

 

1. Завихритель с охлаждающей рубашкой;

2. Высокочастотный преобразователь;

3. Улитка вентилятора;

4. Двухступенчатый вентилятор специальной конструкции;

5. Трансформаторы, обеспечивающие работу спец. вентилятора;

6. Ёмкость для сбора конденсата влаги;

7. Деаэратор;

8. Минерализатор;

9. Компрессор для подачи хладагента;

10. Трёхступенчатая очистка воды.

 

Размещение оборудования предполагается в небольшом бункере (подвале), где наружу выставлен только воздухозаборник вместе с завихрителем. Остальное оборудование размещено под землёй в бункере с целью экономии расходов на теплообменные процессы как во влагоконденсаторе, так и вспомогательного оборудования. Также это предлагается с целью создания более комфортных условий жизнедеятельности людей, на обслуживание данное размещение не влияет.

 

Предварительный экономический расчёт.

Например, в одном кубометре воздуха при температуре 25°С и относительной влажности 60% содержится 13,698 грамм воды. При охлаждении воздуха до 5°С можно выделить из одного кубометра воздуха 6,898 грамм воды.

       В случае применения ветрогенерирующей Установки вертикального типа и вентилятора специальной конструкции, основанной на эффекте Блоха, возможно в два раза уменьшить расход электроэнергии к Системе.

       Вихревой кондиционер-влагоконденсатор VGS - характеристики Системы:

Влагоконденсаторы VGS могут быть фактически любой производительностью, начиная от 10 литров в час (ведро) до 32 тонн (цистерна), наиболее экономически предпочтительно Влагоконденсаторы VGS -15 начинается с производительностью около 8 500 литров в сутки.

Веб-интерфейс через интернет обеспечивается промышленным системам управления для контроля всех рабочих параметров, графическое с удаленных интерфейсов, с возможностью удаленного просмотра оперативной диагностики, охлаждения и воздушного потока, чтобы протестировать и проверить эффективность и эксплуатационные характеристики.

Ремонтопригодность:

Так как Вихревой кондиционер-влагоконденсатор VGS представляет собой газодинамический канал, через который пропускается весь объём воздуха, то изнашиваться в Системе практически нечему, кроме выработки эл. двигателей и вращающихся частей дымососов, которые согласно своим техническим параметрам и правильному обслуживанию могут эксплуатироваться тридцать лет и более.

           

Параметры Системы:

● Добыча воды: 8 500 л/сутки

● Установленная электрическая мощность: 5 кВт

● Номинальные условия при максимальной производительности:

● 27⁰С при 80% относительной влажности

● Диапазон рабочих температур: от 5 до 50 градусов по Цельсию (от 42 до 120 градусов по Фаренгейту), температура окружающей среды

● Рабочий диапазон относительной влажности: от 25% до 100% относительной   влажности

● Расход энергии: 0,02 кВт час на 1 литр получаемой воды

● Габариты (высота × ширина × длина): 6 м × 2.14 м × 6.30 м

● Сухой Вес: 3,200 кг

● Хладагент: экологически принято 410а

● Система Охлаждения: Расширенный Контроль Модуляции

● Вода фильтруется и проходит через ультрафиолетовый свет проходит:

● Фильтр для воды 1: осадок

● Фильтр для воды 2: биологические

● Фильтр для воды 3: углерод

● Ультрафиолетовый свет (УФ)

● Дополнительная минерализация - доступна

● ВОДОХРАНИЛИЩЕ Бак из нержавеющей стали: 2650 литров

 

       Себестоимость 1 м³ (1 000 л) пресной воды составляет 0,95 $

 

Предварительный расчёт стоимости воды из расчёта стоимости установки.

 

В одном кубометре воздуха при температуре 25°С и относительной влажности 60% содержится 13,698 грамм воды. При охлаждении воздуха до 5°С можно выделить из одного кубометра воздуха 6,898 грамм воды.

Ниже даны основные модификации предлагаемой Системы Вихревой влаго конденсации по производительности прокаченного атмосферного воздуха:

 

№	Перекачка, воздуха, м3 в час	Получаем пресной воды, тон			Энергозатраты, на 1 литр воды, кВт	Стоимость установки, $	Стоимость 1 м3 воды, $
		час	сутки	год
1	10 000	0,06	1,44	418	0,06	18 000	1,3
2	20 000	0,11	2,64	950	0,06	28 000	1,1
3	50 000	0,33	7,9	2 800	0,05	42 000	1,0
4	100 000	0,68	16,3	5 440	0,03	68 000	0,75
5	1 500 000	9,3	223	74 400	0,028	6 000 000	1,56
6	3 000 000	16	384	128 000	0,023	8 000 000	1,4
7	5 000 000	32	786	256 000	0,018	13 000 000	1,18

 

 

Вихревой конденсатор влаги VGS

 

Вводные

 

Атмосферный воздух является гигантским резервуаром влаги, и даже в засушливых районах содержит, как правило, более 6-10 г воды на 1 м³. Так, в 1 км³ приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20 000 тонн водяных паров. Количество воды, находящейся в каждый данный момент в атмосфере Земли, равно 14 тыс. км³, в то время как во всех речных руслах всего 1,2 тыс. км³. Однако погодно-климатические условия в этих зонах не позволяют водяным парам достигнуть состояния насыщения и выпасть в виде осадков. Таким образом, в засушливых и пустынных районах Земли процесс кругооборота воды не завершается.

 

 Ежегодно с поверхности суши и океана испаряется 577 тыс. км³, столько же потом выпадает в виде осадков. Речной годовой сток составляет лишь 7% общего количества выпадающих осадков. Из сравнения общего количества испаряющейся влаги и количества воды в атмосфере легко видеть, что в течение года она обновляется в атмосфере 45 раз.

 

Распределение воды в атмосфере неравномерно. Половина всего водяного пара приходится на нижние слои атмосферы до 1,5 км. У земной поверхности средняя по земному шару абсолютная влажность составляет 11 г/м³, а в тропических регионах эта величина доходит до 25 г/м³ и выше, в то время как в водяных облаках в 1 м³ содержится от 0,1 до 0,3 г воды.

 

Например, в Джибути в течение всего года практически не бывает дождей, в то время как абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 18 до 24 г/м³. В пустынях Аравийского полуострова и в Сахаре над каждым квадратом со стороной 10 км каждые сутки проносится такое количество воды, которое равно по объему озеру площадью 1 км² и глубиной 50 м. Данный ресурс пресной воды постоянно возобновляется, характеристики конденсата, который может быть получен в большинстве районов Земли, очень высокие: в конденсате на два-три порядка меньше токсических металлов по сравнению с требованиями санитарных служб, практически нет микроорганизмов, он хорошо аэрирован.

 

Например, в Нуакшоте (Мавритания) средняя месячная температура воздуха в мае-октябре составляет 27-30°С, относительная влажность 60-80%. Это означает, что в каждом кубическом метре воздуха содержится 20-24 г воды. При понижении температуры на 10-15°С из каждого кубического метра можно выделить 10-14 г воды. Если учесть, что суточный перепад температуры может составлять 15-20°С, то становится понятным, почему в Сахаре обильные росы.

 

На Земле имеется много районов с выгодными для получения пресной воды из атмосферного воздуха условиями. В Израиле, например, 190-200 ночей характеризуются 100%-ной влажностью. Следует заметить, что по наблюдениям Функа в Австралии ночью в приземном слое воздуха существует значительная дивергенция на высотах 0,5-1,5 м. В осенне-зимние ночи он наблюдал там дивергенцию до 1,33 мкВт/см³. Такая дивергенция должна охлаждать воздух на 3,7°С в 1 час, а при ясном небе - даже на 6°С в 1 час. Аналогичная ситуация наблюдается и в других регионах Земного шара. Например, на Ближнем Востоке и в Северной Африке суточные амплитуды температур могут достигать нескольких десятков градусов: Туггурт - 57 °С, Ин-Салах - 66 °С, Тегеран - 48 °С и т. д., что способствует обильному выпадению росы.

 

На сегодняшний день годовой оборот мирового рынка пресной воды оценивается около 450 млрд. дол. США. По данным WorldWaterCouncil общие расходы на добычу и хранение воды составляют около 80 млрд. долл. США и в ближайшие 20 лет должны увеличиться в 2 раза.

 

Дополнительная потребность воды для засушливых регионов Земли составляет не менее 2 тыс. км³ в год, таким образом, ожидаемая емкость рынка даже по скромным оценкам 1 долл. за м³ равняется 2 000 млрд. долл.

 

Содержание водяного пара с высотой убывает очень быстро. Это результат низких температур окружающего воздуха. Водяные пары уже на небольших высотах конденсируются и выпадают на землю в виде осадков. Изменение относительной влажности не имеет такой закономерной зависимости от высоты, как изменение абсолютной влажности. При малых абсолютных количествах водяных паров степень насыщения в зависимости от температуры может быть велика и иногда достигает 100%, что и приводит к образованию кучево-дождевых (насыщенных влагой) облаков и выпадению осадков. 

 

Схема, показывающая, что воздух не способен содержать в себе бесконечное количество водяного пара    Распределение водяного пара в атмосфере зависит прежде всего от подачи в атмосферу водяного пара, т. е. от наличия источников его — водной поверхности, увлажненной почвы, растительности, а также от факторов, влияющих на скорость испарения: температуры воздуха, движения воздушных масс, приносящих запасы влаги из других мест или усиливающих испарение, рельефа и от других факторов.

 

Прямой зависимости между испарением воды над определенной территорией и выпадением осадков нет. Наоборот, в среднем отмечается обратная связь: увеличение осадков сопровождается уменьшением испарения. Отсюда следует вывод, что в образовании осадков над ограниченной территорией суши испарение с этой же территории не играет существенной роли. Вспомним, что над такими водными бассейнами, как Аральское и Каспийское моря, сумма выпадающих осадков весьма незначительна.

 

Между тем годовое количество воды, испаряющейся с поверхности этих морей, составляет слой толщиной 800—1000 мм. Более того, над этими морями в тропосфере господствует перенос воздуха с запада на восток, благодаря чему воздух дополнительно увлажняется испарениями с поверхности этих морей. Казалось бы, количество осадков у восточных берегов должно быть больше, чем у западных. В действительности все обстоит не так. Особенно четко это видно на примере Каспийского моря. Оказывается, что восточные берега Каспия увлажнены значительно меньше, чем западные, хотя площадь Каспийского моря составляет свыше 400 000 км². Это также указывает, что влага, интенсивно испаряющаяся даже с относительно крупных водных бассейнов, мало участвует в образовании осадков, выпадающих как на их поверхности, так и на ближайшем удалении от них. То, что количество осадков, выпадающих на ограниченной территории суши, почти не зависит от количества влаги, испаряющейся с той же территории, видно на графике годового хода испарения с поверхности озера Севан и годового хода осадков на бывшем острове (ныне полуострове) Севан, расположенном в западной части озера.