CZ34074U1 - Zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem - Google Patents

Description

Zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem

Oblast techniky

Technické řešení se týká mobilního a v některých možných provedeních i autonomního zařízení, které umožňuje produkci vody ze vzduchu dokonce i v pouštních klimatických podmínkách ve velmi malém a kompaktním provedení.

Dosavadní stav techniky

V současné době je na trhu k dispozici řada zařízení, která pracují na principu chlazení okolního vzduchu výměníkem s teplotou nižší, než je teplota rosného bodu, kdy se vodní pára ze vzduchu vylučuje na jeho povrchu ve formě kapiček vody. Nevýhodou takového řešení je, že v případě nízké měrné vlhkosti okolního vzduchu pod 5 g/kg suchého vzduchu je produkce vody velice nízká a zároveň energeticky náročná. Proto například v pouštních podmínkách konvenční jednotky pro produkci vody ze vzdušné vlhkosti pouhým chlazením pod rosný bod nefungují.

Proto je snaha vymyslet zařízení, které by bylo i v sušších podmínkách dostatečně efektivní. V malé míře se začínají objevovat zařízení, která využívají adsorpčního materiálu pro navlhčení vzduchu před samotným ochlazením pod teplotu rosného bodu. Nevýhodou dosud známých zařízení tohoto typuje stále poměrně velká energetická náročnost.

Zařízení podle přihlášky WO 2016/187709 pro získávání vody ze vzduchu využívá sorpčního systému pro odvlhčení a navlhčení venkovního vzduchu. Jsou zde popsány dvě hlavní provedení s desikačním kolem a se sorpčním materiálem v kleci, který je ohříván ohřívačem. Nevýhodou zařízení v provedení se sorpčním materiálem v kleci je, že produkuje vodu pouze při jednom průchodu vzduchu zařízením a adsorpci vzdušné vlhkost při druhém průchodu, což má negativní vliv na produkci vody. Pro ohřev sorpčního výměníku jsou v provedení s desikačním kolem i se sorpčním materiálem v kleci použity externí zdroje, což vede k nárůstu rozměrů, není navržen žádný způsob, jak zařízení pro ohřev sorpčního výměníku miniaturizovat. Navržené externí zdroje tepla jsou různé, od odpadního tepla z výfukových plynů po teplo ze solárních kolektorů. Jde ale vždy o zdroje externí, veškeré teplo přiváděné k sorpčnímu výměníku pochází ze zařízení stojících mimo systém, není využit žádný systém pro rekuperaci tepla v zařízení samotném. Z toho plyne vysoká energetická náročnost. Teplo z chlazení přitom zůstává nevyužito, rovněž není popsána žádná rekuperace chladu. Proto je v přihlášce navrženo a popsáno jen jeho připojení na distribuční síť. V zařízení dle WO 2016/187709 je navrženo použití jen jedné sorpční jednotky, není uvažována možnost zvýšení produkce vody díky regeneraci a adsorpci na dvou sorpčních výměníkách současně.

Zařízení podle přihlášky WO 2006029249 pro získávání vody ze vzduchu nevyužívá sorpčního systému pro odnímání vlhkosti ze vzduchu. V patentu je popsáno několik principů, jak ochladit vzduch pod teplotu rosného bodu, jako například kompresorového nebo absorpční chlazení. Hlavní nevýhodou je velmi malá produkce vody při pouštních klimatických podmínkách, oproti navrhovanému zařízení.

Zařízení podle patentové přihlášky US 2006/0272344 využívá sorpčního systému na bázi sorpčního kola s tuhým desikantem s uzavřeným regeneračním okruhem. Pro regeneraci desikantu slouží pouze odpadní teplo ze spalovacího motoru mobilního zařízení, tedy opět není uvažována žádná rekuperace tepla souvisejícího s provozem systému. Podobně jako výše je zde sorpční kolo, které spotřebovává elektrickou energii navíc, protože se musí přetáčet mezi dvěma polohami. Zařízení používá 2 vzduchovody, což je nevýhodné jak rozměrově, tak i energeticky z hlediska spotřeby elektrické energie dvou sacích zařízení. Odvlhčený procesní vzduch vystupující ze sorpčního kola slouží jako zdroj chladu pro kondenzační výměník, kde je

- 1 CZ 34074 UI z navlhčeného vzduchu vysrážena vodní pára. Nevýhodou takového zařízení je, že může pracovat pouze v chladných nebo vlhkých oblastech, kde je teplota odvlhčeného procesního vzduchu dostatečně nízko pod teplotou rosného bodu navlhčeného vzduchu.

Zařízení podle patentu US 7601208 využívá pro odnímaní vlhkosti ze vzduchu kapalinový desikant. Zaprvé kapalinový desikant rozstřikem odebírá vlhkost z proudu vzduchu. Dále voda z roztoku desikantu se odděluje vypařováním. Zdrojem tepla pro vypařování je odpadní teplo ze spalovacího motoru mobilního zařízení, zařízení nenavrhuje žádný systém rekuperace tepla. Následně vodní para kondenzuje v kondenzátoru, kde zdrojem chladu je nasávaný venkovní vzduch. Jasnou nevýhodu takového zařízení je, že pro kondenzaci vodní páry je potřeba, aby teplota okolního vzduchu byla dostatečně nízko pod teplotou rosného bodu a v chladiči došlo ke kondenzaci vody. Tzn. ani toto zařízení nemůže fungovat v pouštních podmínkách, kde jsou zpravidla vysoké teploty vzduchu.

Zařízení podle patentové přihlášky US 2011/0296858 využívá desikační systém se sorpčním kolem s tuhým desikantem. Venkovní nasávaný vzduch prochází sorpčním kolem a vodní para se adsorbuje na desikačním povrhu. Následně už odvlhčený vzduch se ohřívá v mikrovlnné komoře na vysokou teplotu a veden zpátky do desikačního kola pro jeho regeneraci. Dále navlhčený vzduch přichází na chladič, kde vodní pára zkondenzuje. Z patentu ale není jasně jakou výhodu má toto zařízení s desikačním kolem oproti klasickému kondenzačnímu zařízení, neboť zařízení pracuje se stejným průtokem procesního a regeneračního vzduchu, nedochází tedy ke zvýšení vlhkosti před kondenzací. Zařízení pracuje se stejnou účinností získávání vody ze vzduchu jako běžné kondenzační zařízení. V pouštních oblastech tedy s velmi nízkou účinností. Navíc je rozměrově i energeticky náročné.

Zařízení podle patentu CZ 307873 využívá desikační systém se sorpčním kolem s tuhým desikantem. Zařízení je navrženo jako autonomní. Venkovní nasávaný vzduch prochází sorpčním kolem a vodní pára se adsorbuje na desikačním povrchu. Zařízení využívá chladivový okruh pro ohřev regeneračního vzduchu a pro dochlazení vzduchu pod rosný bod, což je pro celkovou energetickou bilanci výhodné. Navlhčený vzduch přichází na chladič, kde vodní pára zkondenzuje. Nevýhodou takového zařízení je koncept dvou proudů vzduchu, tedy provozu dvou sacích zařízení oproti jednoproudému provedení. Toto zařízení potřebuje navíc elektrickou energii pro pohon desikačního kola. Další nevýhodou je prostorová náročnost zařízení, která vyplývá z přítomnosti desikačního kola a dvou vzduchovodů, což omezuje možnosti, jak zařízení realizovat v kompaktním provedení.

Zařízení podle patentové přihlášky US 2018/0043295 je plně autonomní a využívá desikační systém s dvěma sorpčními koly. V uzavřeném okruhu je ohříván regenerační vzduch ve vzduchovém solárním kolektoru, zároveň je vzduch opakovaně navlhčen dvěma desikačními koly. Po dosažení regenerační teploty začne kondenzovat vzdušná vlhkost na lamelách výměníku vzduch-vzduch, kde na druhé straně proudí okolní vzduch, který je zároveň využíván jako procesní. Nevýhodou takového zařízení je koncept dvou proudů vzduchu, tedy provozu dvou sacích zařízení a prostorově náročná přítomnost dvou vzduchovodů. Další nevýhodou je provoz dvou pohonů desikačních kol. Nevýhodná je rovněž absence chladivového okruhu a tím ponížená produkce zkondenzované vody zejména v pouštním prostředí, kde je teplota vzduchu je často vyšší než teplota rosného bodu.

Nevýhodou řešení známých ze stavu techniky je tedy rozsah použití omezený buď na oblasti s vysokou vlhkostí, nebo na oblasti s nízkou teplotou okolního vzduchu. V případě suchých teplých oblastí jako jsou pouště, vykazují některá zařízení nízkou produkci vody nebo vysokou náročnost na dodávku externí (neobnovitelné) energie. Některá zařízení sice mohou produkovat v pouštních oblastech větší množství vody, ale pouze za cenu vyšší energetické náročnosti. Žádné ze zařízení není schopno plnit současně požadavek na vyšší účinnost produkce vody v pouštních oblastech, požadavek na autonomní provoz nevyužívající dodávku externí (neobnovitelné)

-2CZ 34074 Ul energie, požadavek na nízkou energetickou náročnost a požadavek na kompaktní mobilní provedení

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem dle předkládaného technického řešení. Nabízí vyšší produkci vody díky současné adsorpci a regeneraci na dvou sorpčních výměníkách, zároveň navrhované zařízení výhodně rekuperuje teplo z chlazení pro ohřev vstupujícího vzduchu a rovněž rekuperuje v rekuperačním výměníku chlad z chladiče pro předchlazení vzduchu přicházejícího ze sorpčního výměníku k chladiči. Kromě toho zařízení nabízí minimalizaci rozměrů díky znakům jako integrovaný ohřev v sorpčních výměnících či umístění všech vzduchotechnických prvků do jednoho vzduchovodů, vysokou efektivitu s nízkou energetickou spotřebou díky kombinaci metod pro rekuperaci tepla a chladu, i možnost plně autonomního provozu.

Toto zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem obsahující vzduchovod, který má první otvor pro vstup a/nebo výstup vzduchu a také druhý otvor pro vstup a/nebo výstup vzduchu, přičemž v tomto vzduchovodů je umístěn hlavní chladič pro chlazení vzduchu ve vzduchovodů a první blok výměníků s alespoň jedním prvním sorpčním výměníkem. Alespoň jeden z těchto prvních sorpčních výměníků obsahuje integrovaný ohřev a/nebo je prvním sorpčním výměníkům předřazeno alespoň jedno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu. První blok výměníků je přímo nebo přes další prvky vzduchově propojen s prvním otvorem vzduchovodů, přičemž zařízení obsahuje také sací jednotku pro sání vzduchu do vzduchovodů zahrnující alespoň jedno sací zařízení. Zařízení obsahuje též alespoň jeden prvek pro sběr zkondenzované vody. Podstatou tohoto zařízení je, že sací jednotka je uzpůsobená pro přepínání mezi dvěma různými směry sání vzduchu do vzduchovodů a že dále obsahuje také druhý blok výměníků s alespoň jedním druhým sorpčním výměníkem. Tento druhý blok výměníků je umístěný ve vzduchovodů a vzduchově propojený přímo nebo přes další prvky s druhým otvorem vzduchovodů, přičemž hlavní chladič je umístěn na trase proudu vzduchu mezi prvním blokem výměníků a druhým blokem výměníků, a to při obou směrech sání vzduchu do vzduchovodů. Alespoň jeden z druhých sorpčních výměníků obsahuje integrovaný ohřev a/nebo je druhým sorpčním výměníkům předřazeno alespoň jedno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu.

Je výhodné zařízení doplnit i o chladivový okruh s potrubím chladivá, chladivém, expanzním ventilem a kompresorem, k němuž je připojen hlavní chladič zapojený jako výpamík chladivá. Tento hlavní chladič je také přes potrubí chiadiva a přepínací mechanismus pro přepínání směru proudění chladivá propojen s prvním blokem výměníků i s druhým blokem výměníků, když oba bloky výměníků jsou potrubím chladivá propojeny také mezi sebou.

První blok výměníků může s výhodou obsahovat také první ohřívač, přes který je tento první blok výměníků připojen potrubím chladivá k přepínacímu mechanismu. Podobně druhý blok výměníků může obsahovat také druhý ohřívač, přes který je tento druhý blok výměníků připojen potrubím chladivá k přepínacímu mechanismu, přičemž vzájemné propojení bloků výměníků potrubím chladívaje realizováno jako vzájemné propojení uvedených ohřívačů.

Pro větší úsporu energie je vhodné zařízení doplnit také o rekuperační tepelný výměník, který je ve vzduchovodů umístěn mezi hlavním chladičem a prvním blokem výměníků a současně také mezi hlavním chladičem a druhým blokem výměníků. Tento rekuperační tepelný výměník má alespoň dvě vnitřní potrubí zapojená tak, že první z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje první blok výměníků a hlavní chladič a že druhé z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje hlavní chladič s druhým blokem výměníků. První a druhé vnitřní potrubí jsou přitom ve vzájemném tepelném kontaktu.

-3 CZ 34074 Ul

V jednom možném provedení potrubí chladivá obsahuje větvení do tří směrů, a to k hlavnímu chladiči přes kompresor, k prvnímu bloku výměníků a k druhému bloku výměníků. V místě tohoto větvení do tří směrů je osazen přepínací mechanismus provedený jako trojcestný ventil.

Je možné též provedení, v němž potrubí chladivá obsahuje větvení do čtyř směrů, a to k hlavnímu chladiči přes kompresor, k hlavnímu chladiči přes expanzní ventil, k prvnímu ohřívači vzduchu a k druhému ohřívači vzduchu. V místě tohoto větvení do čtyř směrů je osazen přepínací mechanismus provedený jako čtyřcestný ventil.

Právě uvedené provedení je možné doplnit opatřením vzduchovodu první klapkou pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna je mezi prvním blokem výměníků a rekuperačním výměníkem, a/nebo opatřením vzduchovodu druhou klapkou pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna mezi druhým blokem výměníků a rekuperačním výměníkem.

Je výhodné, když je mezi první klapkou a exteriérem umístěn první doplňkový chladič pro předchlazení venkovního vzduchu a/nebo když je mezi druhou klapkou a exteriérem je umístěn druhý doplňkový chladič pro předchlazení venkovního vzduchu.

Zařízení může obsahovat také solární tepelné kolektory a vzduchové potrubí. Doplňkové chladiče jsou pak tímto vzduchovým potrubím připojeny ke vzduchovým solárním tepelným kolektorům.

Sací jednotka může obsahovat první sací zařízení a druhé sací zařízení, přičemž první sací zařízení je zapojeno mezi prvním otvorem vzduchovodu a prvním blokem výměníků a přičemž druhé sací zařízení je zapojeno mezi druhým otvorem vzduchovodu a druhým blokem výměníku.

Zařízení může být doplněno o bateriové úložiště a alespoň jeden fotovoltaický panel, přičemž bateriové úložiště je elektricky propojeno s alespoň jedním z fotovoltaických panelů.

Zařízení může rovněž obsahovat alespoň jeden kapalinový solární kolektor, přičemž kapalinové solární kolektory jsou tepelné a/nebo fotovoltaicko-tepelné. V případě, že jsou přítomny fotovoltaicko-tepelné kolektory, jsou tyto fotovoltaicko-tepelné kolektory elektricky propojeny s bateriovým úložištěm.

Právě uvedené provedení může obsahovat též kapalinové potrubí. Každý z kapalinových solárních kolektorů je pak tímto kapalinovým potrubím propojen s prvním blokem výměníků i s druhým blokem výměníků.

Popsané zařízení dosahuje vysoké produkce vody s malou energetickou náročností i v obtížných pouštních podmínkách. Podrobněji budou jeho výhody osvětleny na následujících příkladech provedení.

Objasnění výkresů

Technické řešení je podrobně popsáno na konkrétních provedeních pomocí přiložených výkresů.

Ve všech výkresech je znázorněn chladivový okruh, který ale není pro fungování zařízení nezbytný.

V obr. 1 a 2 je znázorněno nejjednodušší provedení technického řešení, jehož hlavními prvky jsou dva bloky 20a, 20b výměníků z nichž každý obsahuje alespoň jeden sorpění výměník, hlavní chladič 3 umístěný mezi těmito bloky 20a, 20b výměníků a sací jednotka 9. Všechny uvedené prvky jsou umístěny ve vzduchovodu 1. Obr. 1 se od obr. 2 liší opačným směrem proudění tímto vzduchovodem 1.

-4CZ 34074 Ul

Obr. 1 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí druhý sorpční výměník 2b v druhém bloku výměníků 20b.

Obr. 2 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí první sorpční výměník 2a v prvním bloku výměníků 20a.

V obr. 3 a 4 je provedení doplněné o rekuperační výměník 8 a ohřívače 4a, 4b v blocích 20a, 20b výměníků. Obr. 3 se od obr. 4 liší opačným směrem proudění tímto vzduchovodem £.

Obr. 3 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí první sorpční výměník 2a v prvním bloku výměníků 20a.

Obr. 4 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí druhý sorpční výměník 2b v druhém bloku výměníků 20b.

V obr. 5 a 6 je opět pro opačné směry proudění znázorněno komplexnější zařízení s jiným přepínáním chladivového okruhu, přidanými klapkami 10a a 10b a dalšími volitelnými prvky.

Obr. 5 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí první sorpční výměník 2a v prvním bloku výměníků 20a.

Obr. 6 znázorňuje situaci, v níž se vybíjí druhý sorpční výměník 2b v druhém bloku výměníků 20b.

V obr. 7 je zařízení doplněné o prvky umožňující autonomní provoz.

Ve všech výše uvedených obrázcích jsou znázorněny podélné řezy zařízením.

V obr. 8 je fotografie jednoho možného provedení lamelového výměníku s desikační vrstvou.

Příklady uskutečnění technického řešení

Níže popsaná výhodná provedení ukazují pouze některá z mnoha možných řešení, která spadají do ochrany technického řešení, a ilustrují vynálezeckou myšlenku. Jde pouze o vybraná výhodná uspořádání, která nijak neomezují rozsah ochrany technického řešení.

Termínem nabíjení sorpčního výměníku nazýváme v rámci celého tohoto popisu adsorpci vody na površích sorpčního výměníku, termínem vybíjení sorpčního výměníku pak desorpci vody z povrchů sorpčního výměníku.

V obr. 1 a 2 je znázorněno nejjednodušší příkladné provedení zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem. Je znázorněn vzduchovod 1, který má první otvor 100 pro vstup a/nebo výstup vzduchu a také druhý otvor 101 pro vstup a/nebo výstup vzduchu. V tomto vzduchovodu 1 je umístěn hlavní chladič 3 pro chlazení vzduchu ve vzduchovodu £ a první blok 20a výměníků, který obecně obsahuje alespoň jeden první sorpční výměník 2a. V obr. 1 je znázorněno provedení s právě jedním prvním sorpčním výměníkem 2a. Ve fázi vybíjení sorpčního výměníku, nebo jinak řečeno ve fázi desorpce vodní páry z výměníku, je potřeba, aby vzduch procházející tímto výměníkem byl ohřátý. To je možné zajistit buď předřazením alespoň jednoho zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu anebo ještě výhodněji integrovaným ohřevem v rámci prvního sorpčního výměníku 2a, což je jeden z nových znaků předkládaného technického řešení umožňující ještě kompaktnější provedení. Případně lze kombinovat oba typy ohřevu vzduchu procházejícího prvnímu sorpčním výměníkem 2a, jak je vidět v obr. 4 až 7, kde má první sorpční výměník 2a integrovaný ohřev a také je mu předřazeno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu, které má podobu prvního ohřívače 4a. V případě více prvních sorpčních

-5 CZ 34074 UI výměníků 2a má alespoň jeden z těchto prvních sorpčních výměníků 2a integrovaný ohřev a/nebo je těmto prvním sorpčním výměníkům 2a předřazeno alespoň jedno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu. Je-li předřazeno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu, integrovaný ohřev mohou mít jen některé z prvních sorpčních výměníků 2a nebo žádný z nich.

Příkladem sorpčního výměníku vhodného pro integrovaný ohřev je lamelový výměník povlakovaný desikční vrstvou, jehož jedno možné provedení je na fotografii v obr. 8. Tenká vrstva desikačního materiálu je nanesena na všechny lamely výměníku. Mezi jednotlivými lamelami proudí vzduch, který se během regenerace navlhčí, během adsorpce odvlhčí. Typicky nerezovými nebo měděnými trubkami proudí mezi lamelami také teplonosná kapalina či chladivo, zaleží na zdroji tepla.

Integrovaný ohřev sorpčních výměníků může být zajištěn chladivém, teplonosnou kapalinou či elektricky. Jedna z možností je zajistit ohřev proudící teplonosnou kapalinou, která může být s výhodou ohřátá v kapalinových solárních kolektorech 16, jak bude popsáno níže u obr. 7. Možnosti ohřevu jsou ale samozřejmě i mnohé další.

Uvedený první blok 20a výměníků je přímo nebo přes další prvky vzduchově propojen s prvním otvorem 100 vzduchovodů 1. Zařízení obsahuje také sací jednotku 9 pro sání vzduchu do vzduchovodů 1, přičemž v této sací jednotce 9 je zahrnuto alespoň jedno sací zařízení, v obr. 1 je značeno jako 9a, a je uzpůsobena pro přepínání mezi dvěma různými směry sání vzduchu do vzduchovodů J. Toho lze docílit například osazením sací jednotky 9 jedním sacím zařízením 9a s přepínáním dvou směrů sání, jak je zakresleno v obr. 1 až 4, anebo v jiných provedeních, viz obr. 5 až 7, osazením jednotky 9 dvěma sacími zařízeními 9a, 9b. Dvě sací zařízení ale mohou být i v provedeních dle obr. 1 až 4, což není zakresleno. V tom případě může být první sací zařízení 9a zapojeno např. mezi prvním otvorem 100 vzduchovodů 1 a prvním blokem 20a výměníků a druhé sací zařízení 9b může být zapojeno např. mezi druhým otvorem 101 vzduchovodů 1 a druhým blokem 20b výměníků. Sací jednotka 9 může být obecně umístěna kdekoli ve vzduchovodů 1, pokud zajistí sání vzduchu do tohoto vzduchovodů.

V zařízení je také obsažen alespoň jeden prvek 12 pro sběr zkondenzované vody, a to v místech, kde voda kondenzuje, což je vždy na chladiči 3, jak je znázorněno v obr. 1, ale ke kondenzaci může docházet i na jiných místech, např. v rekuperačním výměníku 8, který je vidět v obr. 3 až 7, odkud se pak také kondenzovaná voda sbírá. Prvkem 12 pro sběr kondenzované vody může být nádoba, potrubí apod.

Jedním z inovativních prvků zařízení je, že dále obsahuje také druhý blok 20b výměníků s alespoň jedním sorpčním výměníkem 2b umístěný ve vzduchovodů 1 a vzduchově propojený přímo nebo přes další prvky s druhým otvorem 101 vzduchovodů 1. V obr. 1, 2 je zakresleno provedení, v němž druhý blok 20b výměníků obsahuje právě jeden sorpční výměník 2b. Hlavní chladič 3 je přitom umístěn na trase proudu vzduchu mezi prvním blokem 20a výměníků a druhým blokem 20b výměníků, a to při obou směrech sání vzduchu do vzduchovodů 1.

Podobně jako u prvního sorpčního výměníku 2a je zde potřeba, aby vzduch procházející druhým sorpčním výměníkem 2b byl při vybíjení tohoto druhého sorpčního výměníku 2b ohřátý. To je možné zajistit buď předřazením alespoň jednoho zařízení pro ohřev vzduchu vstupujícího do druhého sorpčního výměníku 2b nebo ještě výhodněji integrovaným ohřevem v rámci sorpčního výměníku 2b, což je jeden z nových znaků předkládaného technického řešení umožňující ještě kompaktnější provedení. Případně lze i zde kombinovat oba typy ohřevu vzduchu, jak je vidět v obr. 4 až 7, kde má druhý sorpční výměník integrovaný ohřev a také je mu předřazeno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu, které má podobu druhého ohřívače 4b. V případě více druhých sorpčních výměníků 2b obsahuje alespoň jeden z těchto druhých sorpčních výměníků 2b integrovaný ohřev a/nebo je druhým sorpčním výměníkům 2b předřazeno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu. Je-li předřazeno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu, integrovaný ohřev mohou mít jen některé z druhých sorpčních výměníků 2b nebo žádný z nich.

- 6 CZ 34074 UI

Hlavní chladič 3 může chladit různými způsoby, např. může jít o chladič termoelektrický a/nebo, jak je znázorněno v obr. 1 až 7, může být v zařízení obsažen chladívový okruhu. Součástí chladivového okruhu je potrubí 14 chladivá, chladivá, expanzním ventil 7 a kompresor 6 pro nasávání a stlačování vypařovaného chladivá, k němuž je hlavní chladič 3 připojen jako výpamík chladivá. Hlavní chladič 3 je také přes potrubí 14 chiadiva a přepínací mechanismus 13 pro přepínání směru proudění chladivá propojen s prvním blokem 20a výměníků i s druhým blokem 20b výměníků. V blocích 20a, 20b výměníků dochází k ohřevu vzduchu prostřednictvím kondenzace par chladivá. Oba bloky 20a, 20b výměníků jsou potrubím chladivá propojeny také mezi sebou. Díky přítomnosti chladivového okruhu zapojeného tak, jak je uvedeno v předkládaných výhodných provedeních, lze výhodně rekuperovat teplo z chlazení na hlavním chladiči 3, který je zapojen jako výpamík chiadiva, pro ohřev vzduchu v blocích 20a, 20b výměníků, v nichž dochází ke kondenzaci par chladivá. Vzduch v blocích 20a a 20b výměníků se ohřívá střídavě, jinak řečeno když dochází k ohřevu vzduchu v jednom z těchto bloků, v druhém z nich ohřev vzduch neprobíhá, jak bude vysvětleno s pomocí obr. 1 a 2. Tato poslední věta platí i pro provedení, v nichž jsou ohřev a chlazení realizovány jinak než pomocí chladivového okruhu.

V obr. 1 a obr. 2 jsou znázorněny navzájem odlišné směry proudění vzduchu v nejjednodušším provedení zařízení. I když chlazení v hlavním chladiči 3 a ohřev vzduchu procházejícího sorpčními výměníky 2a, 2b při jejich vybíjení mohou být realizovány různě, my nyní podrobněji popíšeme, jak tyto procesy probíhají v zařízení vybaveném chladivovým okruhem. V obr. 1 až 4 má přepínací mechanismus 13 pro přepínání směru proudění chladivá podobu trojcestného ventilu. V uvedených obrázcích 1 až 4 je vidět, že potrubí 14 chladivá obsahuje větvení do tří směrů, a to k hlavnímu chladiči 3 přes kompresor 6, k prvnímu bloku 20a výměníků a k druhému bloku20b výměníků, přičemž v místě tohoto větvení do tří směrů je osazen přepínací mechanismus 13 provedeny jako zmíněný trojcestný ventil.

Před spuštěním zařízení je v provozu sací jednotka 9, aby došlo k nabití obou sorpčních výměníků 2a, 2b, pak následují procesy střídavého nabíjení a vybíjení sorpčních výměníků 2a, 2b za současné produkce vody, která kondenzuje na hlavním chladiči 3.

V obr 1. jsou šipkami naznačeny směry proudění vzduchu a chladivá během vybíjení druhého sorpčního výměnku 2b nebo druhých sorpčních výměníků 2b, které jsou v druhém bloku 20b výměníků. V této fázi je vypnut ohřev v prvním bloku výměníků 20a. V případě řešení s chladivovým okruhem se toho docílí tím, že se přepínací mechanismus 13 nastaví do takové polohy, aby prvním blokem 20a výměníků neproudilo chladivo. Vzduch do zařízení vstupuje druhým otvorem 101, poté prochází přes druhý blok 20b výměníků, ohřátý a navlhčený vzduch poté vstupuje do hlavního chladiče 3, kde se ochladí na teplotu nižší než je teplota rosného bodu. Zkondenzovaná voda je zachycena prvkem pro sběr vody 12 pod chladičem 3. Odvlhčený chladný vzduch následně vstupuje do druhého bloku výměníků 20a, kde se adsorbuje zbylá vlhkost ve vzduchu. Poté vychází vzduch ze zařízení prvním otvorem 100. Díky chladívovému okruh lze výhodně rekuperovat teplo z chlazení na hlavním chladiči 3 do vzduchu vstupujícího druhým otvorem 101. Ohřev regeneračního vzduchu v druhém bloku 20b výměníků je realizován právě díky tomuto teplu rekuperovaném z chlazení na hlavním chladiči. Fáze vybíjení druhého sorpčního výměníku 2b končí, pokud je měrná vlhkost shodná před prvním blokem 20a výměníků a za tímto blokem. Zařízení může být osazeno senzory, které tuto měrnou vlhkost na uvedených místech měří, nebo může být pro známé lokální podmínky naprogramováno na určitý časový interval apod.

V obr 2. jsou šipkami naznačeny směry proudění vzduchu a chladivá během vybíjení prvního sorpčního výměnku 2a nebo prvních sorpčních výměníků 2a, které jsou v bloku výměníků 20a. V této fázi je vypnut ohřev v druhém bloku 20b výměníků, což v provedení s chladivovým okruhem znamená, že tímto blokem 20b v této fázi neproudí chladivo. Oproti předchozímu obr. 1 je obrácen proud vzduchu sací jednotkou 9 a zároveň se změnila pozice přepínacího trojcestného

-7 CZ 34074 UI ventilu, chladivo v tomto režimu proudí pouze do prvního bloku 20a výměníků. Vzduch do zařízení vstupuje otvorem 100, poté prochází přes první blok 20a výměníků, ohřátý a navlhčený vzduch poté vstupuje do hlavního chladiče 3, kde se ochladí na teplotu nižší než je teplota rosného bodu. Zkondenzovaná voda je zachycena prvkem pro sběr vody 12 pod chladičem 3. Odvlhčený chladný vzduch následně vstupuje do druhého bloku 20b výměníků, kde se adsorbuje zbylá vlhkost ve vzduchu. Poté vychází vzduch ze zařízení druhým otvorem 101. V tomto režimu se díky chladívovému okruhu rekuperuje teplo z chlazení na hlavním chladiči 3 do vzduchu vstupujícího do zařízení prvním otvorem 100. Ohřev regeneračního vzduchu v prvním bloku 20a výměníků je realizován právě díky tomuto teplu rekuperovaném z chlazení na hlavním chladiči 3, když v prvním bloku 20a dochází ke kondenzaci par chiadiva a tím k ohřevu vzduchu. Fáze vybíjení prvního sorpčního výměníku nebo prvních sorpčních výměníků 2a končí, pokud je měrná vlhkost shodná před druhým blokem 20b výměníků a za tímto blokem. Iv této části zařízení mohou být osazeny senzory, které tuto měrnou vlhkost na uvedených místech měří, nebo může být pro známé lokální podmínky zařízení naprogramováno na určitý časový interval apod.

Je tedy zřejmé, že v zařízení, jehož dva režimy provozu jsou znázorněny v obr. 1 a 2, dochází ke kvazikontinuální produkci vody ze vzduchu díky střídavému vybíjení sorpčních výměníků v blocích 20a, 20b výměníků. Při přechodu z jednoho režimu do druhého se pouze přepne směr proudění vzduchu v sací jednotce 9 a střídavě se zapne ohřev vzduchu v tom bloku výměníků, kde se právě vybíjejí sorpční výměníky, přičemž v druhém bloku výměníků se tento ohřev naopak vypne. V zařízení s chladivovým okruhem toho lze docílit přepnutím přepínacího mechanismu 13. Už pří vybíjení jednoho bloku výměníků se sorpční výměníky v druhém bloku výměníků částečně nabíjejí. Interval nutný pro jejich následné plné dobití lze zkrátit na minimum zvýšením otáček sacího zařízení. Dostáváme tak kompaktní, energeticky úsporné a účinné zařízení. Současné využití dvou bloků 20a, 20b výměníků, z nichž každý obsahuje alespoň jeden sorpční výměník, totiž výrazně zvyšuje produkci vody.

V obr. 3 až 7 jsou další možná výhodná provedení zařízení rozšířená o rekuperační výměník 8, díky kterému lze významně snížit požadovaný chladicí výkon. Rekuperační výměník 8 je ve vzduchovodu 1 umístěn mezi hlavním chladičem 3 a prvním blokem 20a výměníků a současně také mezi hlavním chladičem 3 a druhým blokem 20b výměníků. Rekuperační tepelný výměník 8 má alespoň dvě vnitřní potrubí zapojená tak, že první z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje první blok 20a výměníků a hlavní chladič 3 a že druhé z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje hlavní chladič 3 s druhým blokem 20b výměníků, přičemž první a druhé vnitřní potrubí jsou ve vzájemném tepelném kontaktu. Prvních a druhých vnitřních potrubí rekuperačního výměníku může být i více, v tom případě mají formu kanálků o malém průměru a jsou upořádány tak, že je vždy jedno první potrubí v tepelném kontaktu s některým z druhých potrubí. V tom případě pak také každé z prvních vnitřních potrubí vzduchově propojuje první blok 20a výměníků a hlavní chladič 3 a každé z druhých vnitřních potrubí vzduchově propojuje hlavní chladič 3 s druhým blokem 20b výměníků. Proudění vzduchu zařízením i konkrétně rekuperačním výměníkem 8 je v obr. 3 až 7 opět zakresleno šipkami, přičemž šipky u rekuperačního výměníku jsou schématické, znázorňují směr proudění, nikoli počet proudů vzduchu v zakresleném směru. Tento počet může být různý.

Z obr. 3 až 7 je také patrné, že vzduch proudí stále jedním vzduchovodem, který je zalomený v oblasti chladiče. Vzduchovod 1 v obr. 3 například začíná u prvního otvoru 100, kudy do něj vstupuje vzduch, a pokračuje přes první blok 20a výměníků přes rekuperační výměník 8, který je do vzduchovodu 1 vložen, k hlavnímu chladiči 3, od něj pak vzduch stoupá uvedeným zalomením vzduchovodu 1 (šipka svisle vzhůru) opět k rekuperačnímu výměníku 8, přes nějž pokračuje k druhému bloku 20b výměníků a druhým otvorem 101 ven ze vzduchovodu 1. V oblasti vymezené prvním a druhým otvorem 100, 101 na jedné straně a rekuperačním výměníkem 8 na druhé straně je vzduchovod 1 rozdělen přepážkou na dvě části pro oddělení proudu vzduchu přicházejícího z prvního otvoru 100 a vycházejícího do druhého otvoru 101.

-8 CZ 34074 UI

V obr. 3 je zakreslen příklad, v němž sorpční výměníky 2a, 2b nejsou připojeny k chladivovému okruhu. Může být ale i tak uplatněn jejich integrovaný vnitřní ohřev, např. elektrický odporový a tím navýšit účinnost vybíjení výměníku. Sorpční výměníky 2a, 2b jsou ve výhodném provedení lamelové. Prvnímu sorpčnímu výměníku 2a je předřazen první ohřívač 4a pro ohřev vzduchu vstupujícího do tohoto sorpčního výměníku 2a na vyšší teplotu při jeho vybíjení. První ohřívač 4a je zapojen do chladivového okruhu jako kondenzátor par chladivá. Podobně je též druhému sorpčnímu výměníku 2b předřazen druhý ohřívač 4b pro ohřev vzduchu vstupujícího do tohoto druhého sorpčního výměníku 2b na vyšší teplotu při vybíjení tohoto druhého sorpčního výměníku. Ohřívače 4a, 4b mohou být např. tepelné výměníky s topnou spirálou nebo se může jednat o kapalinové vodní výměníky s elektrickým ohřevem, nejvýhodnější je ale pro ohřev vzduchu ohřívači 4a, 4b využít kondenzaci chladivá v chladivovém okruhu, jak bude popsáno níže. Ohřívače 4a, 4b jsou vtom případě zpravidla lamelové a skrze lamely prochází potrubí s chladivém.

První ohřívač 4a je spolu s prvním sorpčním výměníkem 2a součástí prvního bloku 20a výměníků a podobně druhý ohřívač 4b je spolu s druhým sorpčním výměníkem 2b součástí druhého bloku 20b výměníků a podobně. Ohřívače 4a, 4b jsou v provedení dle obr. 3 až 7 výměníky chladivo-vzduch. Je vidět že první blok 20a výměníků je první ohřívač 4a připojen potrubím 14 chladivá k přepínacímu mechanismu 13 a že druhý blok 20b je přes druhý ohřívač 4b také připojen potrubím 14 chladivá k přepínacímu mechanismu 13. Vzájemné propojení bloků 20a, 20b výměníků potrubím 14 chladivá je realizováno jako vzájemné propojení ohřívačů 4a, 4b.

V obr 3. je naznačen směr proudění během vybíjení prvního sorpčního výměníku 2a. Vzduch do zařízení vstupuje prvním otvorem 100, poté prochází přes první ohřívač 4a vzduchu, na požadovanou regenerační teplotu je následně dohřátý prvním sorpčním výměníkem 2a s vnitřním zdrojem energie, který zároveň vypudí molekuly vody ze svého povrchu a vzduch navlhčí. Vlhký horký vzduch poté vstupuje do prvního potrubí nebo prvních potrubí rekuperačního výměníku 8 ve směru šipek mířících zprava shora doleva dolů. V rekuperačním výměníku 8 se předchladí díky rekuperaci chladu z proudu vzduchu vracejícího se druhým potrubím nebo druhými potrubími rekuperačního výměníku 8 z hlavního chladiče 3 (v obr. 3 šipky mířící zleva shora doprava dolů) a následně dochladí na chladiči 3 na teplotu nižší, než je teplota rosného bodu. Zkondenzovaná voda je zachycena prvkem 12 pro sběr vody pod chladičem. Odvlhčený chladný vzduch následně vstupuje do druhého potrubí nebo do druhých potrubí rekuperačního výměníku 8. Vzduch dále prochází přes druhý blok výměníků, který má v této fázi vypnutý ohřev a druhým otvorem 101 vzduchovodu 1 ven z tohoto vzduchovodu.

Podobně jako v provedení dle obr. 1 a 2 i provedení v obr. 3 a 4 pracuje ve dvou režimech. V prvním se vybíjí první sorpční výměník nebo první sorpční výměníky 2a, v druhém režimu se vybíjí druhý sorpční výměník nebo druhé sorpční výměníky 2b. Vždy se zapne ohřev vtom z bloku výměníků, v němž se právě vybíjí sorpční výměník nebo výměníky a vypne ohřev v druhém bloku výměníků. Zapnutí ohřevu se provede přepnutím přepínacího mechanismu 13, který směrem k jednomu bloku výměníků proudění chladivá uzavře (ohřev tohoto bloku výměníků je tedy vypnut) a směrem k druhému bloku výměníků proudění chladivá otevře (a ohřev tohoto bloku výměníků se zapne). Rovněž se při změně režimu změní směr proudění vzduchu vzduchovodem 1 pomocí sací jednotky 9. V režimu vybíjení druhého sorpčního výměníku 2b, který je znázorněn v obr. 4, bude tedy vzduch do zařízení vstupovat druhým otvorem 101 a vystupovat prvním otvorem 100, v důsledku čehož se obrátí i směry proudění vzduchu v rekuperačním výměníku a kolem chladiče.

O něco složitější, ale opět ještě i o něco účinnější, provedení je znázorněno vobr. 5 a 6, kde obr. 5 odpovídá vybíjení prvního sorpčního výměníku 2a a obr. 6 vybíjení druhého sorpčního výměníku 2b. U těchto obrázků budeme pro jednoduchost popisovat situaci jen s jedním prvním sorpčním výměníkem 2a a jen s jedním druhým sorpčním výměníkem 2b, i když prvních i druhých sorpčních výměníků může být obecně větší počet.

-9CZ 34074 Ul

Potrubí chiadiva v tomto případě obsahuje větvení do čtyř směrů, a to k hlavnímu chladiči 3 přes kompresor 6, k hlavnímu chladiči 3 přes expanzní ventil 7, k prvnímu ohřívači 4a vzduchu a k druhému ohřívači 4b vzduchu, přičemž v místě tohoto větvení do čtyř směrů je osazen přepínací mechanismus 13 provedený tentokrát jako čtyřcestný ventil.

Díky použití čtyřcestného ventilu lze maximalizovat chladicí výkon a tím produkci vody. Protože tepelný výkon přečerpávaný chladivovým okruhem může být větší, než je výkon potřebný pro ohřev regeneračního vzduchu v prvním ohřívači 4a (při proudění vzduchu ve směru dle obr. 3), je v sérii na potrubí 14 chladivá za ohřívačem 4a zapojen ohřivač4b jako dochlazovací výměník pro dodatečný odvod tepla z chladivá. Obecně je přebytečný topný výkon odveden na tom z ohřívačů 4a, 4b, který je zařazen v tom z bloků 20a, 20b, v němž se právě nevybíjí sorpční výměník., takže v obr. 4 je jako dochlazovací výměník zapojen první ohřívač 4a. Dochlazovací výměník ohřívá vzduch vystupující s rekuperačního výměníku 8. Dochlazovací výměník je propojen potrubím chladivá přes expanzní ventil 7 s chladičem 3.

V provedení s čtyřcestným ventilem chladivo proudí vždy oběma ohřívači 4a a 4b, pouze se mění směr proudění.

Zároveň jsou v provedení dle obr. 5 a 6 využité klapky, díky kterým je možné zvýšit průtok před právě vypnutým sorpčním výměníkem a tím urychlit proces adsorpce. Provedení s klapkami umožňuje již zcela kontinuální produkci vody, není nutné mezi přepnutím režimů a směrů proudění čekat, až se jeden ze sorpčních výměníku dobije naplno, protože při vybíjení např. prvního sorpčního výměníku 2a se už současně plně nabíjí druhý sorpční výměník 2b a obráceně. V provedeních dle obr. 1 až 4 je po přepnutí režimů vždy nutné určitou dobu čekat, než se plně adsorbuje vzdušná vlhkost na povrchu toho ze sorpčních výměníků 2a, 2b, který se bude v další fázi vybíjet, i když tato doba čekání je minimální oproti řešení např. dle WO 2016/187709. Vysvětlení této minimalizace doby čekání spočívá v tom, že např. při směrech proudění znázorněných v obr. 1 a 4 adsorbování vzdušné vlhkosti na površích prvního sorpčního výměníku 2a nastává do jisté míry už během vybíjení druhého sorpčního výměníků 2b, jelikož první sorpční výměník 2a zachycuje zbytkovou vlhkost po kondenzaci vody na hlavním chladiči 3. Zrcadlově obráceně se pak zbytková vlhkost zachytává na druhém sorpčním výměníku 2b při směrech proudění dle obr. 2 a 3.

V obr. 5 až 7 je vidět, že vzduchovod 1 je opatřen první klapkou 10a pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna je mezi prvním blokem 20a výměníků a rekuperačním výměníkem 8. Vzduchovod 1 je v těchto obrázcích opatřen také druhou klapkou 10b pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna mezi druhým blokem20b výměníků a rekuperačním výměníkem 8. Je ale také možné provedení, v němž se uplatní pouze jedna z klapek 10a, 10b.

Sací jednotka 9 může kromě prvního sacího zařízení 9a obsahovat i druhé sací zařízení 9b. V tom případě je první sací zařízení 9a zapojeno mezi prvním otvorem 100 vzduchovodu 1 a prvním blokem 20a výměníků a druhé sací zařízení 9b je zapojeno mezi druhým otvorem 101 vzduchovodu 1 a druhým blokem 20b výměníků. Druhé sací zařízení 9b by takto mohlo být umístěno i v provedeních dle obr. 1 až 4 kde není zakresleno. Nejvýhodnější je ale jeho použiti v provedeních dle obr. 5 až 7 kvůli fungování klapek 10a, 10b.

Pokud je v zařízení jedno jen jedno sací zařízení, např. jen první sací zařízení 9a, lze využít jednu klapku pro navýšení průtoku během adsorpce, v tomto příkladu by šlo o první klapku 10a. Pokud jsou v sací jednotce 9 obsažena dvě sací zařízení, v obr. 5 až 7 první sací zařízení 9a a druhé sací zařízení 9b, lze využít obě klapky 10a, 10b.

Je výhodné mezi první klapku 10a a exteriér umístit první doplňkový chladič 1 la pro předchlazení venkovního vzduchu a/nebo že mezi druhou klapkou 11b a exteriér je umístit druhý doplňkový chladič 11b pro předchlazení venkovního vzduchu. Lze použít žádný, jeden nebo oba

- 10CZ 34074 UI tyto doplňkové chladiče 1 la, 11b. Doplňkové chladiče 1 la, 11b jsou provedeny jako chladiče kapalina-vzduch a mohou značně snížit energetickou náročnost zařízení.

V obr 5. jsou naznačeny směry proudění vzduchu a chladivá během vybíjení prvního sorpčního výměnku 2a. Vzduch do zařízení vstupuje prvním otvorem 100 vzduchovodu 1, poté prochází přes první ohřívač 4a, na požadovanou regenerační teplotu je následně dohřátý prvním sorpčním výměníkem 2a s vnitřním zdrojem energie, který zároveň vypudí molekuly vody ze svého povrchu a vzduch navlhčí. Vlhký horký vzduch poté vstupuje do rekuperačního výměníku 8, kde se předchladí a následně dochladí na chladiči 3 na teplotu nižší, než je teplota rosného bodu. Zkondenzovaná voda je zachycena prvkem pro sběr vody 12 pod chladičem 3, následuje podobně jako v provedeních dle obr. 3 a 4 průchod rekuperačním výměníkem směrem k druhému bloku 20b výměníků. Díky tomu, že je otevřena druhá klapka 10b a druhé sací zařízení 9b nasává vzduch z exteriéru přes druhý doplňkový otvor 102b a vede tento exteriérový vzduch také k druhému bloku výměníků 20b, nabíjí se druhý sorpční výměník 2b naplno už během procesu vybíjení prvního sorpčního výměníku 2a. Je zřejmé, že toto nabíjení je ještě účinnější za přítomnosti druhého doplňkového chladiče 11b za druhým doplňkovým otvorem 102b.

V obr. 6 je pak znázorněn opačný chod vzduchu zařízením než v obr. 5. V tomto případě se vybíjí druhý sorpční výměník 2b a díky otevření první klapky 10a a sání vzduchu prvním sacím zařízením z prvního doplňkového otvoru 102a směrem k prvnímu otvoru 100 se současně nabíjí první sorpční výměník 2b. Podobně jako v předchozím režimu, toto nabíjení je ještě účinnější díky přítomnosti prvního doplňkového chladiče 1 la za prvním doplňkovým otvorem 102a.

Zařízení v obr. 5 a 6 rovněž s výhodou obsahuje chladivový okruh, který fůnguje analogicky jako v provedeních dle obr. 3 a 4.

V obr. 7 je pak zahrnuto nej komplexnější provedení zařízení, které je rozšířeno o další prvky umožňující autonomní provoz. V obr. 7 je tak znázorněno vzduchové potrubí 19, vzduchové solární kolektory 15, fotovoltaický panel 17, bateriové úložiště 18, elektrické propojení 21, kapalinové solární kolektory 16 a kapalinové potrubí 20. Mohou být ale využity i jen některé z uvedených prvků.

V komplexním provedení dle obr. 7 je vidět, že doplňkové chladiče 1 la, 11b jsou vzduchovým potrubím 19 připojeny ke vzduchovým solárním tepelným kolektorům 15. Zařízení může obsahovat také jeden nebo více fotovoltaických panelů 17, přičemž bateriové úložiště 18 je elektricky propojeno s alespoň jedním z těchto fotovoltaických panelů 17. Alternativou je jiný obnovitelný zdroj, např. větrná elektrárna, případně jakýkoli jiný lokální generátor elektřiny, třeba i s neobnovitelným zdrojem energie. V zařízení může být obsažen také jeden nebo více kapalinových solárních kolektorů 16, přičemž kapalinové solární kolektory 16 jsou tepelné a/nebo fotovoltaicko-tepelné. V případě, že jsou přítomny fotovoltaicko-tepelné kolektory, jsou tyto fotovoltaicko-tepelné kolektory elektricky propojeny s bateriovým úložištěm 18. Každý z kapalinových solárních kolektorů 16 je kapalinovým potrubím 20 propojen s prvním blokem 20a výměníků i s druhým blokem 20b výměníků. Kapalinou použitou v kapalinovém potrubí může být např. voda, ale i jiná kapalina.

V provedení dle obr. 7 je energie pro fungování zařízení dodávána mj. z fotovoltaických (zkráceně FV) panelů 17, které ukládají elektrickou energii do bateriového úložiště 18. Pokud je dostatek uložené elektrické energie v bateriovém úložišti 18, lze výhodně využít vzduchové solární kolektory 15 během nočního provozu. Za jasné noční oblohy lze sáláním vůči chladné obloze ochlazovat vzduch na vstupu do zařízení. Tím lze snížit významně energetickou náročnost zařízení. Provoz během noci je výhodný i z hlediska produkce vody, protože měrná vlhkost v pouštních podmínkách dosahuje v nočních hodinách vyšších hodnot než v denních hodinách. Pro denní režim lze využít kapalinové solární kolektory 16, které mohou být tepelné nebo fotovoltaicko-tepelné, případně fotovoltaické-tepelné a zasklené. Tyto kapalinové solární kolektory 16 jsou kapalinovým potrubím 20 propojeny se sorpčními výměníky 2a, 2b.

- 11 CZ 34074 UI

Takto koncipované zařízení tedy zajistí kontinuální výrobu vody s nízkou energetickou spotřebou i v suchých a ve dne často extrémně horkých pouštních podmínkách, navíc je mobilní a může fungovat zcela autonomně bez připojení k externím zdrojům energie.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je výhodné využít zejména v pouštních oblastech, kde je nízká měrná vlhkost vzduchu. Zařízení podle předkládaného technického řešení je malých rozměrů, tedy snadno transporto vatě Iné. I proto se nabízí také jeho využití při humanitárních krizích či ozbrojených konfliktech. Zařízení je možné provozovat autonomně bez využití neobnovitelných zdrojů energie, případně s lokálním zdrojem energie bez napojení na distribuční síť.

Claims (13)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro získávání vody ze vzduchu s jedním vzduchovodem, obsahující vzduchovod (1), který má první otvor (100) pro vstup a/nebo výstup vzduchu a také druhý otvor (101) pro vstup a/nebo výstup vzduchu, přičemž v tomto vzduchovodu (1) je umístěn hlavní chladič (3) pro chlazení vzduchu ve vzduchovodu (1) a první blok (20a) výměníků s alespoň jedním prvním sorpčním výměníkem (2a), když alespoň jeden z těchto prvních sorpčních výměníků (2a) obsahuje integrovaný ohřev a/nebo je prvním sorpčním výměníkům (2a) předřazeno alespoň jedno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu, přičemž tento první blok (20a) výměníků je přímo nebo přes další prvky vzduchově propojen s prvním otvorem (100) vzduchovodu (1), přičemž zařízení obsahuje také sací jednotku (9) pro sání vzduchu do vzduchovodu (1) zahrnující alespoň jedno sací zařízení a obsahuje také alespoň jeden prvek (12) pro sběr zkondenzované vody, vyznačující se tím, že sací jednotka (9) je uzpůsobená pro přepínání mezi dvěma různými směry sání vzduchu do vzduchovodu (1), přičemž zařízení dále obsahuje také druhý blok (20b) výměníků s alespoň jedním druhým sorpčním výměníkem (2b) umístěný ve vzduchovodu (1) a vzduchově propojený přímo nebo přes další prvky s druhým otvorem (101) vzduchovodu (1), přičemž hlavní chladič (3) je umístěn na trase proudu vzduchu mezi prvním blokem (20a) výměníků a druhým blokem (20b) výměníků, a to při obou směrech sání vzduchu do vzduchovodu (1), a přičemž alespoň jeden z druhých sorpčních výměníků (2b) obsahuje integrovaný ohřev a/nebo je druhým sorpčním výměníkům (2b) předřazeno alespoň jedno zařízení pro ohřev vstupujícího vzduchu.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje i chladivový okruh s potrubím (14) chladivá, chladivém, expanzním ventilem (7) a kompresorem (6), k němuž je připojen hlavní chladič (3) zapojený jako výpamík chladivá, který je také přes potrubí (14) chiadiva a přepínací mechanismus (13) pro přepínání směru proudění chladivá propojen s prvním blokem (20a) výměníků i s druhým blokem (20b) výměníků, když oba bloky (20a, 20b) výměníků jsou potrubím chladivá propojeny také mezi sebou.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že první blok (20a) výměníků obsahuje také první ohřívač (4a), přes který je tento první blok (20a) výměníků připojen potrubím (14) chladivá k přepínacímu mechanismu (13), a že druhý blok (20b) výměníků obsahuje také druhý ohřívač (4b), přes který je tento druhý blok (20b) výměníků připojen potrubím (14) chladivá

   - 12CZ 34074 Ul k přepínacímu mechanismu (13), přičemž vzájemné propojení bloků (20a, 20b) výměníků potrubím (14) chladívaje realizováno jako vzájemné propojení ohřívačů (4a, 4b).
4. 4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje také rekuperační tepelný výměník (8), který je ve vzduchovodu (1) umístěn mezi hlavním chladičem (3) a prvním blokem (20a) výměníků a současně také mezi hlavním chladičem (3) a druhým blokem (20b) výměníků, přičemž tento rekuperační tepelný výměník (8) má alespoň dvě vnitřní potrubí zapojená tak, že první z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje první blok (20a) výměníků a hlavní chladič (3) a že druhé z těchto vnitřních potrubí vzduchově propojuje hlavní chladič (3) s druhým blokem (20b) výměníků, přičemž první a druhé vnitřní potrubí jsou ve vzájemném tepelném kontaktu.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že potrubí (14) chladivá obsahuje větvení do tří směrů, ato k hlavnímu chladiči (3) přes kompresor (6), k prvnímu bloku (20a) výměníků a k druhému bloku (20b) výměníků, přičemž v místě tohoto větvení do tří směrů je osazen přepínací mechanismus (13) provedený jako trojcestný ventil.
6. 6. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že potrubí chladivá obsahuje větvení do čtyř směrů, a to k hlavnímu chladiči (3) přes kompresor (6), k hlavnímu chladiči (3) přes expanzní ventil (7), k prvnímu ohřívači (4a) vzduchu a k druhému ohřívači (4b) vzduchu, přičemž v místě tohoto větvení do čtyř směrů je osazen přepínací mechanismus (13) provedený jako čtyřcestný ventil.
7. 7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že vzduchovod (1) je opatřen první klapkou (10a) pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna je mezi prvním blokem (20a) výměníků a rekuperačním výměníkem (8), a/nebo že vzduchovod (1) je opatřen druhou klapkou (10b) pro vzduchové propojení s exteriérem, která je umístěna mezi druhým blokem (20b) výměníků a rekuperačním výměníkem (8).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že mezi první klapkou (10a) a exteriérem je umístěn první doplňkový chladič (Ha) pro předchlazení venkovního vzduchu a/nebo že mezi druhou klapkou (11b) a exteriérem je umístěn druhý doplňkový chladič (11b) pro předchlazení venkovního vzduchu.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že obsahuje také vzduchové solární tepelné kolektory (15) a vzduchové potrubí (19), přičemž doplňkové chladiče (11a, 11b) jsou tímto vzduchovým potrubím (19) připojeny ke vzduchovým solárním tepelným kolektorům (15).
10. 10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že sací jednotka (9) obsahuje první sací zařízení (9a) a druhé sací zařízení (9b), přičemž první sací zařízení (9a) je zapojeno mezi prvním otvorem (100) vzduchovodu (1) a prvním blokem (20a) výměníků a přičemž druhé sací zařízení (9b) je zapojeno mezi druhým otvorem (101) vzduchovodu (1) a druhým blokem (20b) výměníků.
11. 11. Zařízení podle kteréhokoli z nároku 1 až 10, vyznačující se tím, že obsahuje bateriové úložiště (18) a alespoň jeden fotovoltaický panel (17), přičemž bateriové úložiště (18) je elektricky propojeno s alespoň jedním z fotovoltaických panelů (17).

    - 13 CZ 34074 UI
12. 12. Zařízení podle kteréhokoli z nároku 1 až 11, vyznačující se tím, že obsahuje také alespoň jeden kapalinový solární kolektor (16), přičemž kapalinové solární kolektory (16) jsou tepelné a/nebo fotovoltaicko-tepelné, přičemž v případě, že jsou přítomny fotovoltaicko-tepelné kolektory, jsou tyto fotovoltaicko-tepelné kolektory elektricky propojeny s bateriovým úložištěm 5 (18).
13. 13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že obsahuje kapalinové potrubí (20) a že každý z kapalinových solárních kolektorů (16) je tímto kapalinovým potrubím (20) propojen s prvním blokem (20a) výměníků i s druhým blokem (20b) výměníků.