генератор воды из воздуха своими руками

Страница 2 из 9

Атмосферный водный генератор необходим в тех местах, где есть дефицит пресной воды. Принцип работы генератора воды из атмосферного воздуха аналогичен работе кондиционера. Сначала влажный воздух проходит через специальный прибор, затем охлаждается, влага конденсируется на охлаждающих поверхностях и стекает в специальную ёмкость. Воспользуйтесь рекомендациями по изготовлению атмосферного генератора воды своими руками, предлагаемыми ниже.

Устройство генератора холодной воды из атмосферного воздуха

Этот пирамидальный генератор предназначается для концентрации и выделения пресной воды из окружающего воздуха. Устройство генератора холодной воды представляет собой пирамидальный каркас, содержащий влагопоглощающий наполнитель. Каркас сооружается из четырех стоек, приваренных к основанию. Основание следует сделать из металлических уголков, а в пространство между ними нужно вварить металлическую сетку. Снизу к основанию следует прикрепить полиэтиленовый поддон с отверстием посередине. Крепление генератора воды из воздуха можно произвести с помощью накладок. Далее внутреннее пространство сетчатого каркаса необходимо довольно плотно, но без деформации стенок, заполнить влагопоглощающим материалом.

Снаружи на каркас атмосферного генератора воды следует надеть прозрачный купол и зафиксировать его с помощью четырех растяжек и амортизатора.

Рабочие циклы атмосферного генератора

Работа генератора воды состоит из двух рабочих циклов. Сначала производится поглощение влаги из воздуха наполнителем. Затем происходит выпаривание влаги из наполнителя и ее конденсация на стенках купола.

Конструкция устроена так, что с заходом солнца прозрачный купол должен подниматься, чтобы был обеспечен доступ воздуха к наполнителю. Таким образом, наполнитель (бумага) будет поглощать влагу всю ночь, а утром, когда купол будет опущен и загерметизирован амортизатором, благодаря солнцу влага выпарится из наполнителя.

Образующийся пар будет собираться в верхней части пирамиды, а затем по стенкам купола на поддон начнет стекать конденсат. Через отверстие в поддоне вода поступит в подставленную внизу емкость. С заходом солнца процедура повторяется.

Бумагу в генераторе воды необходимо менять каждый сезон. На зиму прозрачный купол нужно снимать с каркаса и убирать в помещение. После потери прозрачности стенок рекомендуется заменять купол на новый. Также в процессе эксплуатации конструкции важно следить за целостностью купола, а при его повреждении производить ремонт.

Изготовление самодельного пирамидального генератора воды

Начинать изготовление самодельного пирамидального генератора воды своими руками необходимо со сбора наполнителя, в качестве которого можно использовать обрезки газетной бумаги и т. п. Главное, чтобы на бумаге не было типографской краски, иначе получаемая вода будет содержать соединения свинца. Собрать достаточное количество, возможно, получится не так быстро. За это время можно будет изготовить остальные элементы генератора воды.

Основание нужно сварить из металлических уголков с размерами полок 35 X 35 мм. Снизу к нему необходимо приварить четыре опоры из таких же уголков и восемь кронштейнов. Кронштейны следует соединить между собой с помощью стальных прутков длиной 93 см и диаметром 10 мм.

Сверху на полки уголков нужно будет приварить металлическую сетку с ячейками размером 15 X 15 мм. Диаметр проволоки этой сетки должен составлять 1,5-2 мм. Затем нужно из стальной ленты вырезать четыре накладки. В них сверлятся отверстия диаметром 4,5 мм. По этим отверстиям в дальнейшем следует в уголках основания также просверлить такие же отверстия с резьбой под винты ВМ5.

После этого нужно установить основание на место на садовом участке или огороде, где и планируется разместить ГВ. Желательно, чтобы данное место не было затенено деревьями или постройками. Когда участок будет выбран, опора основания ГВ фиксируется и прикрепляется к земле цементным раствором. Можно для большей прочности приварить к опорам опорные пятаки (диаметром 10 см), сделанные из стального листа толщиной 2 мм. Далее нужно в углы квадрата основания приварить четыре стойки поочередно. Делать это следует так, чтобы участки стоек длиной 30 мм находились в центре основания на высоте в 1,5 м. Стойки рекомендуется усилить поперечинами, которые лучше приварить к стойкам изнутри. Материал для поперечин можно использовать такой же, как и для стоек.

Затем нужно вырезать поддон из полиэтиленовой пленки толщиной 1 мм. Края поддона должны при сборке оказаться под накладками, для этого их необходимо подвернуть для усиления места крепления. В центре поддона затем следует вырезать круглое отверстие диаметром 70 мм. Оно будет служить стоком для воды. Края отверстий также лучше усилить, приварив к ним дополнительную накладку из полиэтилена.

Теперь необходимо произвести фиксацию на стойках сетчатого каркаса. Он делается из мелкоячеистой рыболовной сети с размером ячеек 15×15 мм. Эта сеть должна быть привязана к стойкам и краям поддона из металлической сетки. Привязать сетку можно с помощью хлопчатобумажной тесьмы: сеть должна быть очень туго натянута между стойками, без провисаний и т. п. Желательно также привязать сеть к поперечинам, разделяя внутренний объем пирамиды на две части.

Прежде чем подвязывать сеть к передней стойке, нужно плотно заполнить отсеки сетчатого каркаса. Начинать необходимо с верхнего отсека, планомерно и равномерно заполняя пространство скомканными обрезками газетной бумаги. Заполнение следует производить так, чтобы совсем не оставалось свободного места внутри пирамиды, но при этом чтобы сетчатые стенки не выступали.

Далее можно приступить к изготовлению прозрачного купола из полиэтиленовой пленки. Плоскости купола нужно сварить паяльником, только без перегрева, чтобы полиэтилен не стал ломким в месте стыка. Чтобы предотвратить нарушение целостности купола, нужно в вершине пирамиды накрыть конструкцию своеобразной полиэтиленовой «шапочкой». Затем эта «шапочка» надевается на полиэтиленовый купол, а купол — на каркас. Купол следует тщательно расправить и затем приварить нижний край к конструкции.

Далее необходимо из резиновой трубки сделать кольцо и надеть его на пирамиду. К кольцу будут привязываться четыре растяжки с крюками. Низ полиэтиленового купола нужно плотно прижать к уголкам основания с помощью амортизатора, представляющего собой кольцо, сделанное из резиновой ленты длиной 5 м и шириной 5 см (можно использовать резиновый бинт).

Если в наличии не имеется полиэтилена нужной площади для изготовления купола, можно сварить его из нескольких фрагментов. Для сварки полиэтилена лучше применять паяльник мощностью 40-65 Вт, жало которого снабжено проточкой с металлическим диском толщиной 3-5 мм, зафиксированным на ее оси.

Генератор воды (далее ГВ) предназначен для концентрации и выделения воды из окружающего воздуха.

Принцип действия

ГВ представляет собой пирамидальный каркас с влагопоглощающим наполнителем. Пирамидальный каркас образован четырьмя стойками поз. 3, приваренными к основанию поз. 4, выполненною из металлического уголка.

В пространство между уголками основания вварена металлическая сетка поз. 15; снизу к основанию при помощи накладок поз. 6 крепится полиэтиленовый поддон поз. 5 с отверстием посередине.

Внутреннее пространство сетчатого каркаса плотно (но без деформации стенок) заполняется влагопоглощающим материалом. Снаружи на пирамидальный каркас надевается прозрачный купол поз. 1, который фиксируется при помощи четырех растяжек поз. 8 и амортизатора поз. 14. Г В имеет два рабочих цикла: поглощение влаги из воздуха наполнителем; выпаривание влаги из наполнителя с последующей ее конденсацией на стенках купола.

С заходом солнца прозрачный купол поднимают, чтобы обеспечить доступ воздуха к наполнителю; наполнитель поглотает влагу всю ночь.

Утром купол опускается и герметизируется амортизатором; солнце выпаривает влагу из наполнителя, пар собирается в верхней части пирамиды, конденсат стекает по стенкам купола на поддон и через отверстие в нем наполняет водой подставленную емкость.

Изготовление генератора воды

Подготовку к изготовлению ГВ начинают со сбора наполнителя.

В качестве наполнителя используются обрезки газетной бумаги; бумагу от газет нужно брать свободную от типографского шрифта во избежание засорения получаемой воды соединениями свинца.

Работа по сбору бумаги займет немало времени, вот за это время изготавливаются остальные элементы ГВ.

Основание сваривается из металлических уголков с размерами полок 35×35 мм, снизу к нему привариваются четыре опоры поз. 10 из таких же уголков и восемь кронштейнов поз. 13. Кронштейны соединяются между собой стальными прутками поз. 17 длиной 930 мм. диаметр 10 мм.

Сверху на полки уголков приваривается металлическая сетка с размером ячеек 15×15 мм. диаметр проволоки сетки 1,5-2 мм.

Из стальной ленты вырезаются четыре накладки поз. 6. По отверстиям в накладках сверлятся отверстия диаметром 4,5 мм в уголках основания и нарезается резьба под винты ВМ 5; Затем основание устанавливают на место, определенное для ГВ на садовом участке, огороде и т.д.

Место нужно выбирать так, чтобы ГВ не затенялся деревьями и постройками. После выбора места опоры основания фиксируется в земле цементным раствором. Допускается к опорам приварить опорные пятаки диаметром 100 мм из стального листа толщиной 2 мм.

После этого в углы квадрата основания привариваются поочередно четыре стойки таким образом, стойки оказались длинной 30 мм оказались в центре основания на высоте примерно.

Материал поперечин такой же как у стоек.

Затем из полиэтиленовой пленки толщиной 1 мм вырезается поддон поз. 5; края поддона, которые окажутся под накладками, подворачивают для усиления места крепления. В центре поддона вырезают круглое отверстие диаметром 70 мм — для стока воды. Края отверстий также можно усилить путем приваривания дополнительной накладки из полиэтилена.

Далее производят фиксацию на стойках сетчатого каркаса, представляющего собой мелкоячеистую рыболовную сеть с размером ячеек 15×15 мм. Сеть подвязывается к стойкам и краям поддона из металлической сетки при помощи х/б тесьмы так. чтобы сеть была туго натянута между стоек.

Желательно также подвязать сеть и к поперечинам, поделив внутренний объем пирамиды на два отсека.

Перед подвязкой сети к последней стойке, отсеки (начиная с верхнего) получившегося сетчатого каркаса плотно заполняется скомканными обрезками газетной бумаги. Заполнение производить так, чтобы не оставалось свободного места внутри пирамиды и выступание сетчатых стенок было минимальным.

Затем приступают к изготовлению прозрачного купола.

Он выполнен из полиэтиленовой пленки, раскрой которой производится согласно чертежа поз. 1 и сваривается паяльником по плоскостям А, А1. Шов выполнять без перегрева, чтобы полиэтилен не становился ломким в месте сварки.

Для предотвращения нарушения целостности купола в вершине пирамиды ее накрывают своеобразной полиэтиленовой «шапочкой» — фрагмент В по чертежу поз. 1. Затем, предварительно надев фрагмент В на пирамиду, аккуратно надевают на каркас купол. Расправив купол, сваривают между собой края плоскостей С: получается своеобразная крыша.

Для сварки полиэтилена рекомендуется воспользоваться паяльником мощностью 40-65 Вт, в жале которого сделана проточка, в проточке на оси зафиксирован металлический диск толщиной 3-5 мм.

Эксплуатация

С заходом солнца прозрачный купол подворачивают до уровня поперечин и фиксируют в таком положении растяжками, надев крюки на прутки поз. 17.

За ночь бумага вберет в себя влагу и, утром купол опускают, фиксируя его нижний край на основании амортизатором.

За день солнце раскалит пирамиду, влага из бумаги испарится, пар по мере остывания конденсируется на стенках в воду, которая стекает вниз. Воду набирают, подставив какую-либо емкость под отверстие в полиэтиленовом поддоне.

С заходом солнца цикл повторяют.

Бумагу в ГВ рекомендуется менять каждый сезон, на зиму купол нужно хранить в помещении. Также рекомендуется менять купол после потери прозрачности его стенок.

Как устроен автономный адсорбционный генератор воды «из воздуха»

Время на прочтение

Первый экспериментальный образец панели 42 × 42 см в собранном «на коленке» корпусе

Качать воду прямо из воздуха — любопытная идея. Даже в жаркой пустыне воздух содержит в себе водяной пар. Относительная влажность днем там не опускается ниже 5%, а типичное значение составляет 20%. Вполне можно попробовать.

Решение в лоб — это охлаждение воздуха до момента, пока из него не «польется» вода. Например, при 30 °С воздух может удерживать до 30 грамм пара на кубический метр, а при 0 °С уже лишь 5 грамм. Но охлаждение требует больших затрат энергии и имеет много ограничений, поэтому целесообразность теряется.

К счастью, людям приходят в голову другие идеи получения воды. Под катом рассказ про предсерийную концепцию автономной адсорбционной системы AlterOcean. Это такие панели, работающие от солнца и генерирующие воду из воздуха.

Как это работает

Солнечная гидропанель представляет собой блок типового размера: в экспериментах пробовали 30 × 30 см, 42 × 42 см, а коммерческую версию разрабатывают в формфакторе 81 × 46 см. Она ощутимо толще солнечной панели, но размещают ее по тем же принципам — направляют на солнце. Работает панель в суточном режиме — ночью поглощает влагу из атмосферного воздуха, а днем благодаря солнечному теплу в специальном блоке конденсируется практически дистиллированная вода, которая поступает потребителю.

В ночном режиме влажный воздух прогоняют через установку с помощью маломощного вентилятора. Водяной пар из воздуха задерживается в специальном пористом слое — адсорбенте (материале, напоминающем губку). Этот материал недорог в производстве и принимает до 45% воды от своей массы.

В дневном режиме адсорбент нагревается от солнца (тепло аккумулируют при помощи селективного экрана на основе оксинитрида титана), постепенно высвобождая водяной пар. Он оседает на поверхности конденсатора внутри установки, откуда стекает во внешний приемник. Для этого конденсатор охлаждают, прогоняя через него атмосферный воздух.

Внешний вид панели 30 × 30 см — второй экспериментальный образец

1 — корпус; 2 — боковые крышки; 3 — конденсатор воды; 4 — воздушный коллектор; 5 — опорная сетка; 6 — теплопроводящая вставка (размещается в слое пористого материала); 7 — пористый материал; 8 — селективный экран; 9 — рамка; 10 — прозрачный защитный экран; 11 — фильтр воздуха; 12 — система принудительной подачи воздуха

Электроэнергию для работы установки получают от солнца. В последней версии устройства на 1 м2 гидропанели необходимо примерно 9–10 Вт, но от образца к образцу эти цифры меняются.

Небольшой нагнетающий вентилятор расположен с обратной стороны панели

В солнечном климате для бесперебойной работы установки, включающей 5 м2 гидропанелей, в среднем достаточно солнечной батареи площадью 1 м2. Днем она также заряжает аккумулятор, от которого система будет работать ночью.

Вместе с дополнительным оборудованием 1 м2 солнечной гидропанели весит около 60–90 кг. Коммерческая версия будет состоять из трех частей, каждая весом 20–30 кг.

По расчетам, с квадратного метра панели можно получить до 4–5 литров воды, но пока на втором экспериментальном образце (при «коленочной» сборке и прочих оговорках) получается извлечь два с небольшим литра.

Следующая версия должна дать уже четыре литра. Для данного принципа действия это хороший показатель. Процесс и установка уже запатентованы.

Гидропанель позволяет получить воду, близкую к дистилляту, поэтому для использования ее в пищу необходима минерализация: воду пропускаются через специальный фильтр-минерализатор. Сам дистиллят тоже можно использовать в быту: в утюгах, увлажнителях воздуха и прочей бытовой технике. А некоторые предпочитают заваривать на нем кофе.

Существуют материалы-рекордсмены, которые запасают в сотни раз больше воды по сравнению с собственным весом. Однако это не играет существенной роли в генерации атмосферной воды, поскольку производительность ограничена сразу несколькими процессами.

От физических ограничений никуда не уйти — либо энергии нужно больше подать, чтобы запасенную воду извлечь, либо примесей в ней окажется выше нормы, либо стоимость производства выйдет за все рамки, либо срок эксплуатации окажется коротким. Те же металлоорганические каркасы, которые все сейчас так любят, отлично адсорбируют воду, но могут развалиться через год, а могут и завтра. Да и стоимость только по одним комплектующим будет настолько высока, что устройство вряд ли кто-то купит. Поэтому коммерческих проектов на основе таких материалов сейчас нет.

А если искать баланс, в том числе по стоимости и срокам эксплуатации, то выше 4–5 литров с квадратного метра гидропанели собрать не получится.

Кто еще так умеет?

В реальном мире у разрабатываемого устройства есть только один коммерческий аналог — SOURCE (ранее назывался Zeromass). Его производят в США.

Принцип работы у него немного отличается — он основан на абсорбции. Это явление близкое, но несколько иное. Если адсорбция — это удержание вещества на поверхности материала, то абсорбция подразумевает удержание вещества в объеме.

SOURCE накапливает влагу в объеме — для этого используют жидкий поглотитель. Такие генераторы уже лет семь поставляют по всему миру, но экономика этих проектов со стороны непонятна.

Это устройство позволяет получить с одного квадратного метра 1–2 литра воды. Установка работает при влажности от 10%, но есть сложности с монтажом: панели большие и для их установки нужен обученный персонал. Окупается ли их производство при таких условиях, по открытым данным не ясно.

Пара слов об эффективности (в том числе, экономической)

Эффективность установки зависит от погодных условий, в частности, от влажности воздуха, но благодаря принципу ее действия даже при 5%-й влажности теоретически можно получать около двух литров жидкости с квадратного метра в сутки. Такая влажность бывает в самых жарких и сухих местах пустынь; средняя влажность в пустыне — 20%. Два литра в сутки — это немного, но зато установка работает полностью автономно, используя только солнечную энергию.

Солнечная гидропанель лучше всего работает в жарком климате. Но если использовать систему подогрева адсорбента, тогда она успешно заработает на широте Москвы и даже севернее. Тем более здесь высокая относительная влажность воздуха.

При определенной доработке панель будет генерировать воду и при отрицательной температуре воздуха.

Но в этом случае встает вопрос энергозатрат. Эффективность работы адсорбента при низких температурах даже выше, однако потребуются дневной подогрев устройства, когда оно будет выделять влагу. Кроме того, из-за малого содержания влаги на холоде через систему придется прокачивать больше воздуха, что увеличивает энергозатраты на работу вентилятора. Энергии солнечной панели на это уже не хватит, и в зимнем варианте использования будет целесообразнее подключать гидропанель к обычной розетке.

Срок службы установки — около 10 лет. Адсорбирующий материал со временем практически не меняет своих свойств при тех условиях эксплуатации, которые подразумевает установка — т. е. без воздействия агрессивных химических веществ, экстремально низких или высоких температур. Время эксплуатации системы можно увеличить лет до 15–20 за счет своевременного обслуживания — примерно раз в пять лет. Понятно, что эти цифры пока приблизительные, более точные данные появятся после длительных испытаний опытного образца, который отработал лишь два года.

«Вход» в технологию довольно дорогой — стоимость 2 м2 панели AlterOcean оценивается в 200–250 тыс. рублей. Год назад устройство оценивали в 1,5–2 раза дешевле, но есть идеи, как можно вернуться к этим цифрам.

Основной показатель, который используют для оценки экономической эффективности гидропанелей, — стоимость одного литра полученной воды.

По ценам прошлого года получалось, что один литр обходится в семь рублей.

Таким образом, срок окупаемости вложений в гидропанель на фоне доставки питьевой воды — порядка 3–4 лет. А если учесть, что стоимость воды в доставке растет, то на практике срок окупаемости будет меньше.

Проектная стадия

За два года разработчики успели создать и протестировать два опытных образца и перейти из чисто научного проекта к началу коммерческой реализации.

Самый первый экспериментальный образец устройства выглядел вот так и прошел несколько полевых испытаний:

Эксперименты с первым образцом в Краснодарском крае

Для второго экспериментального образца разработали собственный корпус. Он тоже прошел испытания «в полях».

Работа второй версии устройства в палаточном лагере

Сейчас команда прорабатывает третий опытный образец и надеется, что он станет предсерийным. На этой стадии в проект привлекают промышленных дизайнеров, чтобы создать экспериментальный образец с приемлемым внешним видом, который можно будет дальше масштабировать с минимальными доработками.

Промышленные дизайнеры помогут ответить и на сложные вопросы относительно эксплуатации устройства. Например, адсорбент сейчас неотъемлемая часть гидропанели, но намного интереснее было бы разместить его в картридже и легко менять при необходимости.

Это может потребоваться, если адсорбент загрязнится в результате разового распыления в воздухе какой-нибудь химии (тех же удобрений). Адсорбент после такого загрязнения вполне можно очистить — но пока идет чистка, в установке будет работать другой картридж. В целом такой подход позволяет еще и уменьшить вес устройства, что облегчит логистику и монтаж.

Отдельно придется решить вопросы с размещением панелей. У них очевидно большая парусность, поэтому необходимо проработать специальные рамы, которые позволят устанавливать панели под углом, снижая нагрузку. Возможно, потребуются специальные стекла для защиты от града и других осадков. И все это нужно упаковать в сравнительно небольшой объем с ограниченным весом.

Один из возможных комплектов поставки — пять гидропанелей и одна солнечная панель, которая обеспечивает их работу. К этому комплекту должен прилагаться блок управления, в который будут «зашивать» дополнительные функции — например, сбор статистики генерации воды в зависимости от погодных условий для последующего анализа и прогнозов.

На конец года запланировали масштабные испытания третьей версии устройства, но, скорее всего, не в России. У нас даже в южных регионах будет прохладно, а основной рабочий режим устройства — жаркие страны.

Если испытания пройдут по плану, в следующем году запустят опытное производство и первые продажи.

Разумеется, тут есть еще вопросы финансирования. Разработчики рассчитывают на два раунда инвестиций — в этом и следующем году. Первый позволит достичь стадии MVP, а со вторым можно налаживать массовое производство. Не знаю, насколько быстро они смогут найти деньги, но часть финансирования они наверняка получат через программы НТИ, раз их проект в июле одобрили в акселератор «Архипелаг 2022».

Как разработчики видят основного потребителя

Есть отчеты Роспотребнадзора, по которым 12,5% населения в РФ не имеют доступа к чистой воде из системы центрального водоснабжения. А в южных регионах нередки проблемы с качеством локальных источников. Поэтому основной потребитель — частный домовладелец, у которого есть сложности с питьевой водой. Здесь гидропанель может выступать в роли резерва на случай перебоев с доставкой или даже как основной источник.

Систему — пусть даже минимальный комплект поставки — можно смонтировать на крыше, соединив с внутренним блоком-диспенсером воды, напоминающим кулер. В таком блоке можно даже сделать два крана — для дистиллированной и минерализованной воды в зависимости от потребностей.

Еще одна точка: удаленные производственные участки, которые обслуживают 2–3 человека в вахтовом режиме. В некоторых ситуациях такие производства устанавливаются без учета доступа к питьевой воде.

Однако в большей степени разработка ориентирована на экваториальные страны с жарким климатом. По статистике ВОЗ и ООН, без доступа к чистой питьевой воде живут около 2–2,2 млрд человек. К 2025 году 2,8 млрд человек будут испытывать дефицит воды.

Эскизы мобильного и промышленного сборщиков воды

Стандартный блок или контейнер можно доставить в лагерь условного Красного Креста или на территорию размещения беженцев и получать воду, пока она требуется. Гипотетически эту воду можно даже доочистить, чтобы сделать пригодной для инъекций, но надо понимать, что стоимость этой доочистки будет довольно высокой. После того как необходимость в воде пропадет, контейнер перевезут в другое место.

А есть еще идеи промышленных установок. В общем, пространство для расширения в теории есть, но сначала надо запуститься. Чего я им искренне желаю.

Страница 1 из 9