Вода из воздуха | ТМ 1938-10

Проблема водоснабжения — одна из важнейших проблем человеческого общежития. Во все века у всех народов человеческие поселения располагались по берегам рек, озер и других водоемов. Если на месте не было достаточно воды, ее добывали из-под земли при помощи колодцев или подводили по трубам из более или менее отдаленных мест.

Однако как на земном шаре в целом, так и на территории нашей необъятной родины есть немало мест, лишенных воды. А между тем нередко именно в таких местах встречаются запасы полезных ископаемых. В знойных песках Каракумской пустыни находятся богатейшие в СССР залежи серы, в солончаках Карабугаза — ценнейшее химическое сырье мирабилит, в прибалхашской пустыне — медь.

Отсутствие воды в этих районах, отсутствие поблизости водоемов, позволяющих построить водопровод, затрудняют освоение природных богатств. Необходимость привозить воду издалека по железной дороге удорожает стоимость добытого сырья. Наконец экспедициям весьма трудно возить с собой воду или разыскивать глубоко под землей скрытые источники. В безводных местностях в борьбе с природой побеждает тот, у кого есть вода...

В дни X съезда ВЛКСМ бригада комсомольцев-аспирантов Института химического машиностроения взяла на себя задание — создать установку для искусственного получения воды. Из чего? Из такого источника, который имеется везде и всюду, независимо от климатических и природных условий. Для того чтобы найти подобный источник, надо было отказаться от привычных поисков воды под ногами. Молодые ученые дерзнули решить смелую и заманчивую проблему — взять воду из воздуха.

В окружающей нас атмосфере находятся целые океаны воды. Водяные пары содержатся в воздухе постоянно, зимой и летом, в любое время года. Если взять столб воздуха с площадью сечения в 1 кв. м и высотой до верхней границы атмосферы, то, сконденсировав содержащиеся в этом столбе водяные пары, мы получим 120 л воды. Таким образом, над каждым квадратным метром земной поверхности находится 120 л воды. Помножьте эту цифру на общую поверхность земного шара, и вы убедитесь, как велико содержание воды в воздухе.

Над каждым квадратным метром земной поверхности воздух содержит не менее 120 л воды.

Эти общие предпосылки послужили исходным пунктом работы всей бригады.

Бригада комсомольцев, взявшихся за разрешение сложной задачи — получить воду из воздуха, подобралась не случайно. Все пятеро вместе учились в институте, все они в один и тот же год окончили его на «отлично» и были оставлены аспирантами. Коллективный метод работы оказался весьма плодотворным. Он не лишал членов бригады их индивидуальности. Каждый самостоятельно разрабатывал всю проблему от начала до конца. И в этой работе выявился характер каждого. Здесь пригодились глубокие теоретические познания тт. Будукина и Найдича, и широкие, познания по технике холода в сочетании с конструкторским талантом т. Квасникова, и прекрасное знание термодинамики т. Чиркина, и широкий технический кругозор руководителя бригады т. Цубис. Все это позволило фантастическую идею привести к конкретным результатам.

Бригада в очень короткий срок подобрала и изучила всю библиографию по этому вопросу. Прежде всего обратились к истории, чтобы выяснить, не было ли попыток осуществить эту идею в прошлом. Оказалось, что за тысячу лет до наших дней, при колонизации Крыма генуэзцами, были попытки извлечь водяные пары из воздуха. При раскопках в Крыму (Феодосия) были найдены сооружения, служившие для конденсации водяного пара, содержащегося в ветрах, дующих с моря. Эти сооружения, построенные из морской гальки или щебня, представляли собой усеченные пирамиды. Сторона основания такой пирамиды равнялась 5—10 м, высота доходила до 5 м. Внутри пирамиды находился колодец, оканчивающийся внизу чашей, выдолбленной в скале. К чаше были присоединены гончарные трубы, подающие воду к месту ее потребления. Морской ветер проходил сквозь слой гальки и отдавал при этом часть своей влаги, которая стекала в чашу. Но количество воды, получаемой в таком сооружении, зависело от направления ветра. Если ветер дул с моря, было много воды. Со стороны же гор дули сухие ветры, бедные влагой, — тогда воды почти совсем не получалось.

В XV в. в Крыму существовал г. Каффа. 60 тыс. жителей этого города снабжались водой, получаемой из воздуха. Вдали, на склоне гор, видны конденсаторы-пирамиды, сложенные из щебня. Ветер, дующий с моря, оставлял влагу в этих конденсаторах, и вода поступала в городской водопровод.

Такая естественная конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе, показала принципиальную возможность решить поставленную задачу. Надо было только найти другой, более продуктивный способ извлечения влаги из воздуха, чтобы получить легкоподвижную и достаточно мощную установку, которая давала бы воду независимо от направления ветра.

Через восемь месяцев работы молодые ученые представили двадцать пять различных схем получения воды из воздуха. В результате обсуждения было оставлено пять наиболее приемлемых вариантов, основанных на двух различных принципах.

Один из них основан на способности водяного пара конденсироваться, то есть превращаться в воду, при низких температурах. В этом случае задача сводилась к тому, чтобы охлаждать воздух, проходящий через установку.

По этому проекту установка состоит из компрессора, теплообменника и расширителя.

Наружный воздух с температурой до 40° сжимается в компрессоре до 2—8 атмосфер. От сжатия температура его повышается до 130—180°. После этого воздух поступает для охлаждения в теплообменник. Это цилиндр, внутри которого проходят трубы, омываемые наружным воздухом. По этим трубам и пропускается сжатый горячий воздух. Здесь он охлаждается до 80°, после чего попадает в следующий теплообменник, который омывается холодным воздухом, полученным в расширительной машине. На этот раз температура воздуха доводится до минус 5°, и отсюда он идет в расширительную машину — турбодетандер. Эта машина представляет собой турбину, в которой сжатый воздух, ударяясь о лопасти ротора, отдает ему свою энергию и сам охлаждается при этом до минус 35—50°.

При такой низкой температуре водяные пары конденсируются и поступают в водоотделитель, находящийся в кожухе этой турбины. А обезвоженный холодный воздух возвращается во второй теплообменник для охлаждения следующих порций воздуха,

Энергия турбины используется для работы компрессора. Если на работу компрессора затрачивается 20 л. с., то при работе расширителя 10 л. с. будет возвращено обратно.

В знойных степях или в безводных пустынях небольшая легкоподвижная установка даст воду экспедиции.

Схема установки для получения воды из воздуха. Компрессор засасывает наружный воздух и сжимает его до 2,4 атмосферы. Проходя через охладители, воздух охлаждается до — 5°. В турбодетандере воздух расширяется, охлаждаясь вследствие этого до —36°. При этом водяные пары, содержащиеся в нем, конденсируются и выделяются. Полученная вода стекает по крану в приемник.

Установка дает возможность получать не только воду, но и лед. Для этого достаточно пустить холодный воздух в камеру, в которую поступает полученная вода. Кроме того, сухой холодный воздух можно использовать и для охлаждения помещений — квартир, театров, вагонов.

Качество воды не зависит от качества воздуха. Если воздух недостаточно чист, то в начале, установки включается специальный фильтр, очищающий воздух от пыли, грязи и других вредных примесей.

В конце установки сделано приспособление для растворения в полученной воде солей, необходимых организму и придающих воде вкус.

Установка может быть как стационарной, так и передвижной. Ею можно снабдить корабли, паровозы, самолеты, поезда и др.

Так будет работать эта оригинальная установка, спроектированная бригадой комсомольцев, аспирантов Института химического машиностроения.

*

Мы описали только одну из схем, а их целых пять. Каждая схема представляет собой вполне законченный технический проект с рабочими чертежами и соответствующими расчетами. Фантастическая идея получения воды из воздуха осуществлена пятью комсомольцами. На конкурсе молодых ученых эта работа признана выдающейся кандидатской диссертацией.