NL1032512C2 - Luchtbehandelingssysteem, gebouw en vervoermiddel daarmee, en luchtbehandelingswerkwijze. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Luchtbehandelingssysteem, gebouw en vervoermiddel daarmee, en luchtbehandelingswerkwijze

De onderhavige uitvinding heeft in een eerste aspect betrekking op een luchtbehandelingssysteem, omvattende een houder met een inwendige ruimte die althans gedeeltelijk is gevuld met een sorbens, in hoofdzaak omvattende water met daarin opgelost een zout, welke 5 ruimte in verbinding staat met een reactorruimte, alsmede een open luchtdoorvoerruimte voor doorvoeren van lucht met een hoeveelheid waterdamp die sorbeerbaar en/of desorbeerbaar is door het sorbens.

Een dergelijk systeem is welbekend. Een algemeen voorbeeld is een zogenaamde air-conditioner, die wordt gebruikt voor bijvoorbeeld 10 koelen of ontvochtigen van lucht. Andere systemen zijn gericht op het opslaan van energie door het desorberen van een aan een sorbens gesorbeerd sorbaat, veelal waterdamp aan een hygroskopische stof. Wanneer vervolgens waterdamp uit (buiten)lucht wordt geresorbeerd aan het sorbens komt daarbij die energie weer vrij, en wordt benut voor 15 verwarming van die lucht. Opgemerkt wordt dat dergelijke energieopslagsystemen open en gesloten kunnen zijn. Bij gesloten systemen vindt sorptie en desorptie plaats in een luchtvrije (vacuüm) ruimte, waarbij waterdamp zich verplaatst onder invloed van dampdrukverschil, en waarbij het water permanent in het systeem wordt 20 opgeslagen en door warmtewisselaars omgezet in waterdamp en vice versa. Gesloten systemen zijn zeer moeilijk gedurende de voor bv. energieopslag gewenste zeer lange tijd lekvrij te houden. Bovendien moet alle te gebruiken damp binnen het systeem (kunnen) worden opgeslagen als vloeistof. Tot slot is een gesloten systeem uiteraard 25 niet geschikt om waterdampgehaltes van externe lucht te beïnvloeden. Om deze redenen worden in deze aanvrage alleen open systemen beschouwd, waarbij wordt ingewerkt op externe dragergassen, in dit geval (buiten)lucht. Het sorbaat, dus de waterdamp, kan vrij worden uitgewisseld met de omgeving. Sorptie kan plaatsvinden in een vaste 30 stof, maar hier vindt warmtetransport lokaal via een dragergas of een zeer fijne en dure warmewisselaar plaats, hetgeen energetisch of financieel ongunstig is. Sorptie kan ook plaatsinden in een vloeistof. Dit sorbens, i.e. deze vloeistof, kan met een warmtewisselaar en een reactordeel doelmatiger dan bij een vaste stof 1032512 , f - 2 - in contact worden gebracht met warmtetransportmiddelen en damp. De onderhavige uitvinding richt zich op open vloeistofsystemen.

Een nadeel van dergelijke open systemen is dat zij nog steeds verre van doelmatig zijn, met name doordat de voornaamste processen 5 zich afspelen in een thermisch gezien ongunstig medium, namelijk lucht. Zo bestaat lucht gewoonlijk maar voor een klein deel uit sorbaat (waterdamp), bijvoorbeeld minder dan 1% bij 15 °C en 100% Relatieve Luchtvochtigheid.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een open 10 luchtbehandelingssysteem van de genoemde soort te verschaffen met een verbeterde doelmatigheid.

De uitvinding bereikt dit doel met een luchtbehandelingssyteem volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat dit voorts een eerste scheidingsmembraan omvat dat tussen en in contact met de 15 reactorruimte en de luchtdoorvoerruimte is geplaatst, zodanig dat waterdamp van de luchtdoorvoerruimte naar de reactorruimte kan bewegen, en van welk eerste scheidingsmembraan een permeabiliteit voor waterdamp hoger is dan een permeabiliteit voor lucht. Op deze wijze wordt er een scheiding aangebracht tussen de waterdamp en de 20 lucht die dienst doet als medium voor de waterdamp. De lucht maakt zodoende geen deel uit van de thermische reactie van de waterdamp. De lucht hoeft met andere woorden niet op te warmen of af te koelen. Voorts is het systeem volgens de uitvinding ook anderszins niet meer thermisch afhankelijk van de lucht, met zijn lage energiedichtheid, 25 waarbij een groot oppervlak nodig is om absoluut gezien een enigszins bevredigende sorptie en/of energieuitwisseling te verkrijgen.

Bij voorkeur is het eerste scheidingsmembraan in hoofdzaak ondoorlatend voor lucht. Hiermee wordt bedoeld dat de permeabiliteit ofwel doorlaatbaarheid voor lucht veel kleiner is dan die voor 30 waterdamp, maximaal 0,1 keer en bij voorkeur maximaal 0,01 keer die voor waterdamp. Dit waarborgt voldoende dat de voordelen van de uitvinding worden behaald. Uiteraard geldt dat een relatief lagere permeabiliteit voor lucht de voorkeur verdient. Anderzijds kan in sommige gevallen bewust gebruik worden gemaakt van een gaslekstroom 35 als dragergas voor waterdamp naar de reactorruimte toe. Dit wordt wel aangeduid als perfusiereactor. Hier wordt opgemerkt dat de term 'lucht' in beginsel gemiddelde buitenlucht omvat, met een variabele hoeveelheid waterdamp.

In een uitvoeringsvorm omvat het eerste scheidingsmembraan een 40 hydrofiel materiaal. Een scheidingsmembraan met een dergelijk - 3 - materiaal verschaft aan waterdamp de mogelijkheid om gemakkelijk het membraan te passeren. Daarop wordt hieronder nog nader ingegaan. Bij membranen uit dergelijke materialen is derhalve sprake van semipermeabiliteit, waarbij de ene stof (waterdamp) wèl, althans veel 5 gemakkelijker, wordt doorgelaten, en de andere (water, lucht) niet of veel slechter. Het mechanisme hierachter wordt vermoed betrekking te hebben op een gunstige verhouding tussen enerzijds oplosbaarheid en diffusiviteit van het waterdamp in het membraanmateriaal, en anderzijds die van de andere relvante stoffen in het 10 membraanmateriaal. Dergelijke membranen zijn in de handel bijvoorbeeld verkrijgbaar onder de algemene aanduiding 'ademende materialen', zoals Sympatex® van Ploquet, en Arnitel® van DSM.

Het hydrofiele materiaal omvat met voordeel een hydrofiel polymeer, een hydrofiel copolymeer, een hydrofiel blokcopolymeer of 15 een combinatie daarvan. Overigens hoeft niet het gehele materiaal hydrofiel te zijn, maar is het voldoende als tenminste een gedeelte van het materiaal hydrofiel is. Bijvoorbeeld kan het membraan zijn vervaardigd uit een kunststof met een een deel in de vorm van een hydrofiele fase, zoals een amorfe fase van een copolymeer.

20 Voorbeelden zijn ethyleenoxyde of amidegroepen.

Met voordeel heeft het eerste scheidingsmembraan een dikte van ten hoogste 100 pm. Bij een dergelijke dikte kan er een voldoende waterdampdoorlaatbaarheid worden verschaft, terwijl de doorlaatbaarheid voor de andere relevante stoffen, zoals lucht en 25 water, doelmatig laag is. Afhankelijk van het materiaal van het scheidingsmembraan kan de voorkeursdikte nog lager liggen, zoals bijvoorbeeld 25 pm. Andere en ook grotere diktes zijn echter niet uitgesloten.

In een uitvoeringsvorm is het eerste scheidingsmembraan althans 30 gedeeltelijk, en bij voorkeur in hoofdzaak volledig, ondersteund door een voor waterdamp poreuze drager. Vooral bij geringe diktes, zoals de hierboven aangegeven 100 pm en dunner, verdient het de voorkeur om het scheidingsmembraan te ondersteunen, om het beter bestand te maken tegen de waterdampstroom erdoorheen en eventuele luchtdrukverschillen 35 over het membraan.

Bij voorkeur omvat de drager poriën met een doorsnede tussen 10 en 100 pm. Bij een dergelijke poriegrootte wordt het scheidingsmembraan voldoende ondersteund bij voldoende permeabiliteit voor waterdamp. Ook andere poriegroottes zijn mogelijk.

- 4 -

De drager is in een uitvoeringsvorm vervaardigd van een materiaal dat gesinterd metaal of, bij voorkeur, kunststof, met meer voorkeur polyethyleen of polypropyleen, omvat. Dergelijke metalen hebben een geschikte porositeit en stevigheid, terwijl de 5 kunststoffen bovendien betrekkelijk eenvoudig te verwerken zijn.

De reactorruimte omvat in een bijzondere uitvoeringsvorm meerdere afzonderlijke, onderling verbonden deelruimtes, waarbij het eerste scheidingsmembraan althans gedeeltelijk de meerdere deelruimtes omsluit. De reactorruimte kan bijvoorbeeld meerdere 10 lamel-achtige ruimtes, concentrische ruimtes, labyrintachtige ruimtes enzovoort omvatten. Het belangrijkste doel van deze maatregel is oppervlaktevergroting, zodat diffusie van waterdamp sneller kan plaatsvinden. In een bijzondere uitvoeringsvorm omvat de reactieruimte een scheidings"membraan" in de vorm van een hoeveelheid 15 holle vezels. Door de holle vezels, die membraanmateriaal omvatten, kan dan hetzij vloeistof, hetzij lucht die al dan niet waterdamp bevat, worden geleid.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het in het water opgeloste zout een halogenide van een alkali- of aardalkalimetaal, 20 bij voorkeur een bromide of chloride van lithium of calcium. Met name deze laatste zouten hebben een gunstige maximale energiedichtheid, in de vorm van latente warmte bij maximale concentratie. Vele andere zouten zijn echter ook mogelijk. Het moge overigens duidelijk zijn dat hier, zoals in de gehele aanvrage, telkens sprake zal zijn van 25 een zodanig zout dat de oplossing ervan in water hygroscopische eigenschappen heeft.

De houder omvat in een uitvoeringsvorm een vloeistofopslag, die althans een gedeelte van de vloeistof met het daarin opgeloste zout bevat, waarbij de zoutconcentratie in de vloeistofhouder gelaagd is 30 over de vloeistofhoogte. Door het zout aldus met verschillende concentraties op te slaan in de vloeistofopslaghouder wordt de mogelijkheid verschaft om het luchtbehandelingssysteem aan te passen aan de door bijvoorbeeld de omgeving aan de reactorruimte gestelde eisen. Bijvoorbeeld, als de temperatuur laag is, zoals in de herfst 35 en winter, neemt het waterdampabsorberende vermogen van vele vloeistoffen met zout af. Daardoor kan het van voordeel zijn om in dat geval te kunnen beschikken over een vloeistof met een zoutconcentratie die hoger is dan die van de gemiddelde vloeistof, om het waterdampabsorptievermogen te waarborgen dat nodig is om een 40 bepaalde gewenste energieproductie te kunnen leveren. Het op deze - 5 - wijze opslaan van vloeistof met zout in lagen met verschillende concentratie verschaft die mogelijkheid. Voor bekende systemen waarbij thermische energie als voelbare warmte wordt opgeslagen is een analoog systeem bekend met opslag van vloeistof in lagen met 5 verschillende temperatuur. De onderhavige uitvinding werkt echter beter, omdat de diffusiviteit voor zout (ordegrootte 10‘9 m2/s) veel kleiner is dan voor temperatuur (ordegrootte 10“7 m2/s) .

In de praktijk zal de concentratie variëren in de hoogte. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de zoutconcentratie een continue 10 variabele van de hoogte in de vloeistof. Hiermee wordt bedoeld dat er, gemeten langs de hoogte in de vloeistof, meerdere en bij voorkeur bijvoorbeeld ten minste vijf, met meer voorkeur een in principe onbeperkt aantal, lagen met verschillende concentratie zijn aan te wijzen, om aldus een voldoende flexibel systeem te hebben, dat niet 15 meteen naar de sterkste concentratie hoeft te grijpen als de temperatuur maar een beetje zakt.

In een uitvoeringsvorm is de vloeistofopslag voorzien van instelbare vloeistoftoevoer- en vloeistofafvoermiddelen, die vloeistof op een instelbare hoogte kunnen toevoeren respectievelijk 20 afvoeren. Met behulp van dergelijke vloeistoftoevoer- en vloeistofafvoermiddelen kan er geschikt gebruik worden gemaakt van het boven beschreven voordeel, door bijvoorbeeld hoger-geconcentreerde vloeistof naar de reactorruimte te sturen als daar behoefte aan is, zoals bij lage temperaturen. Ook kan bijvoorbeeld 25 juist hoger geconcentreerde vloeistof uit de reactor worden gewonnen, bijvoorbeeld indien warmte moet worden opgeslagen en de buitentemperatuur hoog is of de luchtvochtigheid zeer laag.

Bij voorkeur is de vloeistof (het water) met het zout in in hoofdzaak de gehele vloeistofopslag onverzadigd bij 30 omgevingstemperatuur. Met omgevingstemperatuur wordt in dit verband bedoeld minimaal -15 °C, zoals in Nederland buiten en gebruikelijke minimumtemperatuur is. Met voordeel is de toegestane, althans gebruikelijke, minimumtemperatuur tenminste 10 °C, zoals bijvoorbeeld bij een kelder- of kruipruimte niet ongebruikelijk is, en met nog 35 meer voordeel tenminste 15 °C, indien de vloeistofopslag binnen de schil van bv. een woongebouw wordt geplaatst. Het voordeel van deze maatregel, die op zich aan de vakman in te vullen eisen aan de (maximale) concentratie stelt, is dat er behoudens buitengewone omstandigheden geen uitkristallisatie van zout optreedt, hetgeen in 40 vele vloeistofgebaseerde systemen ongunstig is.

- 6 -

In een andere uitvoeringsvorm omvat de vloeistofopslag meerdere afzonderlijke vloeistofdeelopslagen die elk verbindbaar zijn met de reactorruimte, en die elk vloeistoftoevoer- en vloeistofafvoermiddelen omvatten, die vloeistof op een instelbare 5 hoogte kunnen toevoeren respectievelijk afvoeren. In deze alternatieve uitvoering zijn de deelopslagen houders die elk vloeistof met een, bij voorkeur verschillende, zoutconcentratie bevatten. Door gescheiden opslag wordt menging uiteraard volledig tegengegaan, hetgeen voor de lange duur voordelen kan hebben.

10 Uiteraard is er echter een complexere besturing en inrichting nodig.

In een uitvoeringsvorm omvat de reactieruimte een hoeveelheid vloeistof, met een vloeistofoppervlak. Dit is een zeer eenvoudige uitvoeringsvorm (pool-reactor) waarbijde waterdamp eenvoudig aan dat vloeistofoppervlak door het sorbens wordt gesorbeerd.

15 In een bijzondere uitvoerinsgvorm omvat dit voorts een vloeistofverplaatsingsmiddel. Dit vloeistofverplaatsingsmiddel is geschikt om het sorbens te verplaatsen, met name van en naar de reactorruimte. Aldus kan telkens verse vloeistof, met de gewenste hoge of juist lage zoutconcentratie, worden aangevoerd, zodat het 20 vermogen van het luchtbehandelingssysteem op peil blijft.

Met voordeel omvat de reactieruimte een vloeistofoppervlak-vergrotingsmiddel. Hoewel een pool-reactor zeer eenvoudig is, heeft het voordelen om met een dergelijk vloeistofoppervlakvergrotings-middel de oppervlakte waar waterdamp kan worden ge(de)sorbeerd te 25 vergroten, om daardoor het drogende, bevochtigende of energetische vermogen te verhogen. Een vergelijkbaar aspect kwam reeds ter sprake toen het oppervlak van het eerste scheidingsmembraan werd besproken, maar het geldt ook voor het vloeistofoppervlak. Een dergelijk vloeistofoppervlakvergrotingsmiddel kan op velerlei wijzen worden 30 uitgevoerd, zoals getrapte bassins enzovoort.

Het vloeistofoppervlakvergrotingsmiddel omvat met voordeel een valstroominrichting. Dit verschaft eenvoudig de mogelijkheid van een oppervlakte die wordt vergroot met de oppervlakte van de vallende vloeistofstroom, waarbij die oppervlakte bijvoorbeeld dienst kan doen 35 als warmtewisseloppervlakte, terwijl bovendien een gestadige stroom verse vloeistof kan worden verschaft. Alternatief kan voor oppervlaktevergroting bijvoorbeeld een sproeier worden verschaft.

In een bijzondere uitvoerinsgvorm is er er een tweede scheidingsmembraan verschaft tussen de reactorruimte en het eerste 40 scheidingsmembraan, waarbij er tussen het eerste en het tweede - 7 - scheidingsmembraan een waterdampruimte is verschaft, waarbij van het tweede scheidingsmembraan een permeabiliteit voor waterdamp hoger is dan een permeabiliteit voor vloeibaar water. In het bijzonder is het tweede scheidingsmembraan in hoofdzaak ondoorlatend voor water en 5 voor zich in de reactorruimte bevindende lucht, uiteraard uitgezonderd de waterdamp. Met behulp van een dergelijk membraan kan het contactoppervlak tussen waterdamp in de reactorruimte en de vloeistof sterk worden vergroot. Immers kan zowel horizontaal als verticaal bijvoorbeeld een gelaagde of anderszins in oppervlakte 10 vergrote structuur worden ingericht door het tweede, en desgewenst ook het eerste, scheidingsmembraan overeenkomstig uit te voeren. Bovendien wordt de hydraulica van de vloeistof, i.e. het sorbens oftewel het water met het zout, vereenvoudigd, daar het beschikbare volume wordt begrensd door het tweede membraan. Een verder voordeel 15 is dat de verdeling van de vloeistof gecontroleerder kan geschieden. Bijvoorbeeld kan, begrensd door het tweede scheidingsmembraan, de vloeistof een groot oppervlak bevochtigen, en daarbij met zeer lage snelheid stromen. Daardoor kan de sorptie buitengewoon doelmatig plaatsvinden.

20 Hier wordt opgemerkt dat er in de stand van de techniek gesloten energieopslagsystemen bekend zijn. Zo openbaart WO2004/007633 een warmteopslagmedium omvattende een suspensie van een vast sorbens in een vloeistof, alsmede een toestel voor uitwisselen van warmte. Het toestel is een gesloten systeem, waarbij sorbaat en 25 dus de daarin opgeslagen (de)sorptiewarmte wordt uitgewisseld via een of twee membranen, en waarbij gecondenseerd sorbaat (water) wordt opgeslagen binnen het systeem. De membranen kunnen poreus zijn, zodat overigens eventueel verschaft dragergas daardoorheen zou gaan, terwijl is geopenbaard dat het sorbaat binnen een vacuüm wordt 30 gehouden. Voorts dient gedesorbeerd sorbaat te worden gecondenseerd om te kunnen worden afgevoerd. In feite wordt geen dragergas, en ook geen (buiten)luchtbehandeling geopenbaard, en treedt ook het door de onderhavige uitvinding opgeloste probleem niet op.

Voorts openbaart US 6,684,649 een luchtbehandelingstoestel met 35 een poreus membraan dat het sorbens, bestaande uit LÏC12 in water, van te behandelen lucht gescheiden houdt. Een thermisch isolerende dampruimte is echter afwezig. In de meest relevante uitvoeringsvorm is de damp opgenomen in een stroom die in hoofdzaak bestaat uit lucht en, vanwege het ontbreken van een drijvend drukverschil, 40 getransporteerd moet worden door een pomp (geforceerde convectie).

- 8 -

Daarbij moet de lucht dus circuleren voor een netto transport van damp. Het membraan is echter poreus en laat aldus ook lucht door, terwijl er geen thermische isolatie tussen sorbens en te behandelen lucht is. Tevens verlaagt de aanwezigheid van luchtmoleculen de 5 doelmatigheid van de (sorptie)reactie van sorbaat aan sorbens, terwijl bij de onderhavige uitvinding juist door de dragergas(lucht)-sorbaat(waterdamp)-scheiding de doelmatigheid wordt verbeterd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is ook het tweede scheidingsmembraan ondersteund door een drager, in 10 beginsel vergelijkbaar met de drager voor het eerste scheidingsmembraan.

Met voordeel is de druk in de inwendige ruimte van de houder in hoofdzaak omgevingsdruk. Dit houdt in dat de druk in de ruimte waar het sorbens zich bevindt in hoofdzaak op omgevingsdruk is. Dit heeft 15 uiteraard voordeel met betrekking tot lekdichtheid, zowel wat verlies aan vloeistof als binnendringen van externe stoffen betreft. De omgevingsdruk, d.w.z. atmosferische druk, kan worden gewaarborgd doordat het tweede membraan een eventueel drukverschil met de reactorruimte opvangt, hetgeen een van de redenen kan zijn om ook het 20 tweede membraan te ondersteunen. Echter is het tweede membraan niet noodzakelijk voor het opvangen van het drukverschil. Bijvoorbeeld is het mogelijk in een op zich afgesloten ruimte die de vloeistofopslag en de reactorruimte omvat de vloeistofopslag ten opzichte van de reactorruimte zo veel lager aan te brengen dat het drukverschil wordt 25 opgevangen door het gewicht van de vloeistofkolom tussen vloeistofopslag en reactorruimte. Voor een praktijkgeval met waterdamp in de reactorruimte, bij normale temperaturen en vochtigheid, en als vloeistof een oplossing van LiCl of CaCl2, is het voldoende om een hoogteverschil van zo'n 8 meter aan te brengen, 30 hetgeen bijvoorbeeld bij gebouwen eenvoudig is te realiseren.

In een uitvoeringsvorm is een werkzame oppervlakte van het tweede scheidingsmembraan kleiner dan een werkzame oppervlakte van het eerste scheidingsmembraan. Een dergelijk systeem heeft als voordeel dat het compacter is uit te voeren, terwijl toch de 35 (de)sorptiesnelheid voldoende hoog kan zijn, omdat deze plaatsvindt tussen een ruimte met vloeistof, die wordt begrensd door het tweede scheidingsmembraan, en een ruimte met hoofdzakelijk waterdamp. Met andere woorden, de (de)sorptie wordt niet gehinderd door niet-sorbaatmolekulen. Overigens is het om dezelfde redenen (ook) reeds - 9 - voldoende wanneer een werkzame (vloeistof)oppervlakte geringer is dan de oppervlakte van het eerste scheidingsmembraan.

Een voorkeursuitvoeringsvorm omvat een gasafvoermiddel dat werkzaam is verbonden met de reactorruimte of de sorbaatruimte. Dit 5 gasafvoermiddel kan ongewenst in de reactorruimte of, indien verschaft, de waterdampruimte gelekt gas afvoeren. Daardoor wordt de relatieve concentratie aan waterdamp verhoogd, na instellen van een hernieuwd evenwicht. In de praktijk zal een partiële waterdampdruk bij omgevingstemperatuur hooguit 10-20 mBar bedragen. Inlekken van 10 gassen, hetzij door een scheidingsmembraan, hetzij door andere delen van het systeem, kan nooit helemaal worden vermeden, maar het gasafvoermiddel kan de negatieve effecten daarvan doelmatig verminderen. Overigens kan ook bij de perfusievariant de gastoevoer te groot worden, zodat ook hier een (periodieke) gasafvoer gunstig 15 is.

Het gasafvoermiddel is bij voorkeur een periodiek inschakelend gasafvoermiddel. Met name kan zodoende energie worden bespaard.

In een uitvoeringsvorm omvat het luchtbehandelingssysteem voorts een luchtverplaatsingsmiddel dat werkzaam is verbonden met de 20 luchtdoorvoerruimte. Met behulp van een dergelijk luchtverplaatsingsmiddel kan een doelmatige en werkzame stroom lucht langs de reactorruimte, met name het eerste scheidingsmembraan, worden gevoerd. Aldaar kan dan, al naargelang de gewenste reactie, waterdamp uit de lucht worden opgenomen, of waterdamp aan de 25 luchtstroom worden afgestaan. Op deze wijze kan met een doelmatige reactor een luchtstroom worden geconditioneerd, met name doch niet uitsluitend op vochtigheidsgraad.

Hier wordt opgemerkt dat een actief luchtverplaatsingsmiddel niet noodzakelijk is om luchtverplaatsing te bewerkstelligen. In een 30 andere uitvoeringsvorm omvat het luchtbehandelingssysteem een schoorsteen in de luchtdoorvoerruimte die voldoende hoog is om trek te vertonen. Hierbij kan er bijvoorbeeld gebruik van worden gemaakt dat vochtige lucht lichter is dan droge lucht, en het luchtbehandelingssysteem die vochtige lucht bijvoorbeeld kan 35 ontvochtigen.

In een speciale uitvoering omvat het luchtbehandelingssysteem voorts een waterdamptoevoermiddel dat is ingericht voor toevoeren van waterdamp aan de door de luchtdoorvoerruimte te voeren lucht. In gevallen waarin het waterdampgehalte van de toe te voeren lucht laag - 10 - is, kan aldus extra waterdamp worden toegevoegd, zodat de sorptie in de reactorruimte doelmatiger kan plaatsvinden.

Met voordeel omvat het waterdamptoevoermiddel een vernevelaar, bij voorkeur een adiabatische vernevelaar. Een, bij voorkeur 5 asdiabatische, vernevelaar is een eenvoudig maar doelmatig waterdamptoevoermiddel. Het is hierbij niet erg dat het verdampen van water uit de neveldruppels energie aan de luchtstroom onttrekt, aangezien die luchtstroom voor het luchtbehandelingssysteem en de daarin plaatsvindende sorptiereactie toch nauwelijks een rol speelt. 10 Belangrijk is dat er geen extra energie hoeft te worden toegevoerd om het water te verdampen. Dit is een voordeel van het onttrekken van waterdamp aan de lucht voordat de sorptiereactie wordt aangegaan. Een bijzonder voordeel van het onttrekken van waterdamp aan de lucht is dat er geen wateraanrijping ontstaat. Bij luchtbehandelingssytemen 15 uit de stand van de techniek, met name die welke warmte aan lucht onttrekken, is een dergelijke wateraanrijping een bedrijfsbeperking.

Bij voorkeur omvat het luchtbehandelingssysteem voorts een warmtewisselaar in thermisch contact met de vloeistof. Aldus wordt de mogelijkheid verschaft om bijvoorbeeld een desorptiereactie met 20 grotere doelmatigheid te laten plaatsvinden, door via de warmtewisselaar warmte toe te voeren.

Met voordeel is de warmtewisselaar ingericht voor het uitwisselen van thermische energie tussen sorbens in de reactieruimte en een fluïdum ten gebruike voor externe temperatuurbeheersing. Het 25 fluidum is bijvoorbeeld gebouwverwarmings- of -verkoelingslucht of -water. Deze mogelijkheid verschaft een alternatief voor de rechtstreeks be- of ontvochtigde en/of verwarmde of afgekoelde lucht uit de luchtdoorvoer.

Met voordeel omvat het luchtbehandelingssysteem voorts een 30 externe bron van thermische energie, die in thermisch contact is met de inwendige ruimte, bij voorkeur met de vloeistof. De warmtewisselaar kan de benodigde energie halen uit in beginsel elke beschikbare externe warmtebron, om daardoor de vloeistof te kunnen opwarmen, waarbij de externe bron met voordeel een 35 zonnewarmteopvanginrichting omvat. Deze levert immers gratis energie. Echter zijn ook andere externe energiebronnen mogelijk, zoals kachels en dergelijke, die minder afhankelijk zijn van de zonnestand, en bijvoorbeeld ook 's nachts kunnen werken.

Een voordelig luchtbehandelingssysteem volgens de uitvinding 40 omvat voorts een externe vloeistofleiding, in bestuurbare - 11 - vloeistofcommunicatie met ten minste een van de houder en de reactorruimte. Dit verschaft bijvoorbeeld de mogelijkheid tot nog flexibelere beïnvloeding van de zoutconcentratie tot vlak voor de reactorruimte, in het geval van communicatie met de houder, maar ook 5 zelfs van de hoeveelheid vloeistof in de reactorruimte, die desgewenst kan worden omgezet in waterdamp, met een in de reactorruimte verschafte warmtewisselaar. Het zou hier extern water kunnen betreffen, zonder gebruik te hoeven maken van sorbens. Alternatief is het door middel van de vloeistofleiding mogelijk om 10 gecondenseerde waterdamp af te voeren, zodat het de sorptiereactie niet negatief beïnvloedt, of omdat dat een gebruiksdoel is van het systeem. Immers, het water kan niet, althans zeer weinig, door het eerste en/of tweede scheidingsmembraan dringen.

Hier wordt opgemerkt dat het ook mogelijk is om bijvoorbeeld 15 meerdere reactoren te verschaffen, die elk zijn aangesloten op een en dezelfde waterdampruimte. Bijvoorbeeld kunnen er meerdere gebouwen met een systeem worden verwarmd, gekoeld of anderszins ge-airconditioned. Ook zou bijvoorbeeld een reactor voor koeling en een andere voor desorptie kunnen worden toegepast, enzovoort.

20 In een voordelige aspect heeft de uitvinding betrekking op een luchtbehandelingssysteem, omvattende een houder met een inwendige ruimte die in verbinding staat met een reactorruimte, met een warmtewisselinrichting in thermisch contact met de reactorruimte, en een open luchtdoorvoerruimte voor doorvoeren van lucht, gekenmerkt 25 doordat het luchtbehandelingssysteem voorts een eerste scheidingsmembraan omvat dat tussen en in contact met de reactorruimte en de luchtdoorvoerruimte is geplaatst, zodanig dat waterdamp tussen de luchtdoorvoerruimte en de reactorruimte kan bewegen, en van welk eerste scheidingsmembraan een permeabiliteit 30 voor het sorbaat hoger is dan een permeabiliteit voor lucht. Een dergelijk luchtbehandelingssysteem, dat in beginsel vrij is van eigen vloeistof, kan op zeer doelmatige wijze de waterdampinhoud van lucht beheersen. Zo kan bijvoorbeeld water worden gewonnen uit waterdamp bevattende lucht, doordat de warmtewisselinrichting warmte onttrekt 35 aan de door het membraan in de reactorruimte gedrongen waterdamp. Groot voordeel hiervan is dat de buiten de reactorruimte resterende lucht niet mee hoeft te worden afgekoeld. Het waterwinproces kan aldus veel doelmatiger plaatsvinden. Omgekeerd kan waterdamp verdampen uit aan de reactorruimte toegevoerd water, bijvoorbeeld 40 doordat de warmtewisselinrichting dat water verhit. Alternatief kan - 12 - er ook voor worden gekozen om juist lucht met een gewenste waterdampconcentratie te verschaffen, door hetzij de benodigde hoeveelheid water te verdampen en via diffusie door het eerste scheidingsmembraan toe te voeren aan de luchtstroom, hetzij omgekeerd 5 via het eerste scheidingsmembraan gediffundeerde waterdamp door middel van condensatie te onttrekken aan de luchtstroom. Met name in dit laatste geval is er het grote voordeel dat de luchtstroom zelf niet gekoeld wordt. Dat is in beginsel bekend uit de stand van de techniek bij droging aan vaste of vloeibare sorbenten, maar het 10 systeem volgens deze uitvinding heeft een in beginsel onbegrensde drogingscapaciteit.

De uitvinding verschaft voorts een gebouw omvattende een luchtbehandelingssysteem volgens de uitvinding. Bijvoorbeeld omvat het gebouw een woonhuis, warenopslag, kantoor, school, museum of 15 fabriek. Elk gebouw bestemd voor mensen of goederen of inrichtingen, die baat kunnen hebben bij behandelde lucht, kan met voordeel worden voorzien van een luchtbehandelingsinrichting volgens de uitvinding. Vooral door de combinatie (buiten- of binnen-)lucht als gas en waterdamp als sorbaat biedt de onderhavige uitvinding grote 20 voordelen. Ten eerste zijn er geen bedenkingen over de betrokken stoffen, en is het systeem goed inpasbaar in bijvoorbeeld bestaande klimaatbeheersingssystemen en dergelijke.

Tevens verschaft de uitvinding een vervoermiddel voor personen of vracht, omvattende een luchtbehandelingsinrichting volgens de 25 uitvinding, en dan in het bijzonder het luchtbehandelingssysteem dat in beginsel vrij is van eigen vloeistof. Vooral deze laatste uitvoeringsvorm verschaft voordeel doordat het een energetisch gunstige manier is om lucht te drogen, hetgeen bij met name voertuigen als auto's, vrachtauto's en autobussen gunstig is. Ook 30 andere voertuigen, zoals treinen, vliegtuigen enzovoort, kennen dit voordeel.

De uitvinding verschaft voorts een werkwijze voor het behandelen van lucht met behulp van een luchtbehandelingssyteem volgens de uitvinding, omvattende het door de luchtdoorvoerruimte 35 langs het eerste scheidingsmembraan voeren van te behandelen lucht, het in de luchtdoorvoerruimte veranderen van een waterdampgehalte van de lucht door het aldaar via het scheidingsmembraan laten inwerken van het water met het opgeloste zout, en het uit de luchtdoorvoerruimte afvoeren van de behandelde lucht. Deze werkwijze 40 verschaft een energetisch zeer gunstige manier om de lucht te - 13 - behandelen, inzonderheid om het waterdampgehalte in te stellen. Dit kan direct het doel zijn, bijvoorbeeld bij het ontvochtigen of bevochtigen van lucht, maar het kan ook een doel zijn om aldus energie op te slaan of af te geven, door de waterdamp te laten 5 desorberen respectievelijk te sorberen. Het grote voordeel is dat alleen de waterdamp behandeld wordt, in de reactorruimte, en niet de lucht die als drager voor de waterdamp fungeert. Daar waterdamp vaak maar een zeer klein gedeelte van de lucht uitmaakt, kan aldus zeer veel energie worden bespaard doordat niet meer de volledige lucht 10 hoeft te worden verwarmd of afgekoeld.

In het bijzonder is de werkwijze voordelig bij toepassing met een luchtbehandelingssysteem volgens de uitvinding met een zoutoplossing met een gelaagde concentratie of opgeslagen in meerdere vloeistofdeelopslagen met verschillende concentraties, waarbij aan de 15 vloeistofopslag toe te voeren water met zout wordt afgegeven op een hoogte, respectievelijk aan die vloeistofdeelopslag, waar de zoutconcentratie in de vloeistofopslag in hoofdzaak gelijk is aan de zoutconcentratie in de toe te voeren vloeistof, of waarbij uit de vloeistofopslag af te voeren sorbens wordt onttrokken 20 op een hoogte, respectievelijk aan die vloeistofdeelsopslag, waar de zoutconcentratie in de vloeistofopslag in hoofdzaak gelijk is aan de zoutconcentratie uit de af te voeren vloeistof.

Hierbij wordt met "in hoofdzaak gelijk" bedoeld: "gelijk is aan" of, als dat niet geheel het geval is, "het dichtste ligt bij". Dit 25 laatste kan bijvoorbeeld optreden in het geval van de discrete vloeistofdeelopslagen, maar ook indien sorbens uit de reactor zodanig hoog- of laag-geconcentreerd is dat de vloeistofopslag deze (nog) niet omvat. Niettemin wordt ook dan ervoor gezorgd dat de vloeistof wordt toe- of afgevoerd op een plek (hoogte, deelopslag) waar de 30 concentratie de lokale zoutconcentratie in de vloeistofopslag het dichtst benadert. Aldus blijven de boven reeds beschreven voordelen van de opslag met verschillende, en liefst gelaagde, concentraties bestaan. Opgemerkt wordt dat discrete lagen natuurlijk niet kunnen blijven bestaan, maar en dat de concentratiegrenzen tussen de 35 oorspronkelijke lagen door diffusie zullen vervagen. Niettemin blijft er wel een concentratieverloop in de vloeistof.

Bij voorkeur wordt er vloeistof met zout langs het eerste scheidingsmembraan, of indien verschaft het tweede scheidingsmembraan, wordt gevoerd. Aldus is er altijd "verse" 40 vloeistof in de reactorruimte voorhanden.

- 14 -

Met voordeel wordt er thermische energie uitgewisseld met de vloeistof. Dit is met name van voordeel ingeval de waterdampuitwisselingssnelheid dient te worden verhoogd, of de waterdampuitwisseling bijvoorbeeld dient te worden omgekeerd. Zo kan 5 waterdamp worden geregenereerd door er energie aan toe te voeren, zodat het sorbens weer waterdamp afstaat. De toegevoerde energie kan dan later weer worden teruggewonnen door weer waterdamp aan het sorbens te laten sorberen. Een dergelijke energieopslag is isotherm met de omgeving, en kan drukloos geschieden, en is als zodanig 10 vrijwel vrij van energieverlies.

De uitvinding zal hierna worden beschreven aan de hand van de tekening. Daarin worden niet-limitatieve voorbeelduitvoeringen getoond, in het bijzonder: - Figuren 1 en 2 geven schematisch respectievelijk een open adsorptie 15 systeem en een gesloten absorptie systeem volgens de stand van de techniek.

- Figuur 3 geeft een reactordeel van een gasbehandelingssysteem volgens de onderhavige uitvinding weer.

- Figuur 4 geeft schematisch een opslagmodule van het systeem van 20 Figuur 3 weer.

- Figuur 5 geeft schematisch een reactordeel voor scheiding van waterdamp en lucht.

- Figuur 6 toont een reactordeel in de koelmodus.

- Figuur 7 toont een reactormodule volgens de uitvinding, voor 25 winning van vloeibaar water uit omgevingslucht.

In figuur 1 is een schema van een open adsorptiesysteem volgens de stand van de techniek gegeven. Deze systemen omvatten typisch een container 101, met een vast adsorptiemiddel 102. Met 104, 105 en 106 30 worden een luchttoe-, -door- en -afvoerkanaal aangeduid. Een warmtewisselaar 103 is aangesloten op een aparte luchttoevoer 108 en een gebouwverwarmingsluchtafvoer 107.

Het systeem in figuur 1 is weergegeven tijdens ontladen van thermische energie. Vochtige lucht bestaande uit buitenlucht en/of 35 lucht uit bv. een woongebouw wordt aangevoerd door luchtkanaal 104 en gevoerd door het adsorptiemiddel 102. Het vaste adsorptiemiddel bestaat veelal uit een hygroscopische poreuze structuur (Zeoliet, Silicagel). Door adsorptie ("capillaire condensatie") van het vocht uit de luchtstroom komt de thermische energie vrij en warmt de 40 luchtstroom op. Doordat de luchtstroom tevens sterkt uitdroogt, is - 15 - deze in het algemeen niet geschikt om direct voor luchtverwarming toegepast te worden, maar wordt de thermische energieinhoud van de luchtstroom in warmtewisselaar 103 uitgewisseld met bijvoorbeeld een tweede luchtstroom 108 die daardoor opgewarmd wordt en via 5 luchtkanaal 107 voor directe verwarming in het woongebouw gebruikt kan worden. Door adsorptie van vocht raakt het adsorptiemiddel 102 met water verzadigd en moet (aan het einde van het stookseizoen) ontvochtigd worden. Dit gebeurt bijvoorbeeld met door zonnecollectoren verwarmde lucht die (met lage relatieve luchtvochtigheid) 10 door het adsorptiebed 101 wordt gevoerd en zo het adsorptiemiddel 102 droogt.

Voor een goede uitwisseling van vocht en thermische energie dient de lucht fijn verdeeld door het adsorptiemiddel 102 te stromen, wat leidt tot een aanzienlijk vereist ventilatorvermogen en mogelijk 15 groot parasitair elektriciteitsgebruik. Daarnaast komt de sorptiewarmte vrij in lucht, die intrinsiek een lage thermische capaciteit (J/m3) heeft.

Figuur 2 geeft een gesloten absorptiesysteem als voorbeeld van de stand van de techniek WO0037864A1. Hierin zijn 201 en 208 van de 20 omgevingslucht gesloten containers, waarin zich geen lucht bevindt. 202 duidt alleen water en waterdamp aan, terwijl 209 het absorptiemiddel (LithiumChloride in water) en waterdamp aanduidt. 203 en 214 zijn warmtewisselaars, en 206 en 213 zijn sproeiers. Voorts zijn weergegeven pompen 204 en 211, een zeef 210, transportleidingen 25 205 en 212, een damptransportleiding 207.

Bijzonder kenmerk van dit systeem is dat het vloeibare hydrosorbent 209 te allen tijde oververzadigd is en dat zich in de vloeistof vaste kristallen bevinden, die van circulatie weerhouden worden door zeef 210. Tijdens ontladen van thermische energie wordt 30 in vat 201 waterdamp gegenereerd door toevoer van laagwaardige thermische energie in warmtewisselaar 203 die met water besproeid wordt door pomp 204, transportleiding 205 en sproeier 203. De damp wordt door damptransportleiding 207 naar vat 208 gevoerd.

In het vat 208 wordt het hydrosorbent door pomp 211, transportleiding 35 212 en sproeier 213 over warmtewisselaar 214 gesproeid. Tijdens het sproeien wordt de toegevoerde waterdamp geabsorbeerd, onder afgifte van thermische energie aan de warmtewisselaar 214.

Voor herhaaldelijk gebruik dient ook in dit systeem het sorptiemiddel periodiek ontvochtigd worden. Dit gebeurt in omgekeerde 40 modus door toevoer van bijvoorbeeld zonnewarmte in warmtewisselaar - 16 - 214 en condensatie van waterdamp bij warmtewisselaar 203. Doordat het hydrosorbent in vat 208 altijd oververzadigd is, opereert het systeem altijd onder een constante en maximale drijvende kracht voor absorptie, hetgeen voordelig geacht wordt voor systeembedrijf.

5 Ondanks dat in dit systeem de problemen ten aanzien van effectieve uitwisseling van thermische energie en vocht zijn opgelost, dienen er vanwege het gesloten karakter extra middelen ingezet te worden voor opslag en verdamping en condensatie van het sorbaat (water). Daarnaast mag het systeem niet tot 10 omgevingstemperatuur afkoelen omdat dan het verzadigde sorbent stolt of kristalliseert in pompen, leidingen en sproeiers. Dat maakt dat het systeem altijd op temperatuur moet blijven, waardoor de thermische verliezen hoger zijn, dan voor een systeem dat buiten bedrijf mag afkoelen tot omgevingstemperatuur.

15 Figuur 3 geeft een reactordeel van een gasbehandelingssysteem volgens de onderhavige uitvinding weer. Hieraan gekoppeld maar gescheiden besproken wordt de opslagmodule volgens figuur 4.

Hierin is algemeen met 1 aangeduid een waterdamp/luchtscheider, en met 13 een sorptiereactor. Meer in het bijzonder omvat 20 waterdamp/luchtscheider 1 een luchtdoorvoerruimte 5, met een optionele ventilator 2 en een optionele luchtbevochtiger 15, en een eveneens optionele waterdampruimte 6, die van elkaar zijn gescheiden door een scheidingsmembraan 3 op een drager 4.

De sorptiereactor 8 omvat een houder met een optionele 25 waterdampruimtedeel 9, via een kanaal 7 in verbinding met waterdampruimte 6, en een reactorruimte 13. Een tweede scheidingsmembraan 10 is eveneens verschaft op een drager 11. Een warmtewisselaar is aangeduid met 12, met toe- en afvoerleidingen 16 en 17. Sorbenstoe- resp. -afvoerleidingen zijn aangeduid met 14 resp. 30 15. 19 is een gasafvoermiddel dat via kanaal 18 is aangesloten op waterdampruimte 9.

Het reactordeel volgens de uitvinding bestaat uit twee delen: een waterdamp/luchtscheider 1 en een sorptiereactor 13, die met elkaar verbonden zijn door een kanaal 7. Het geheel wordt hierna 35 uitgelegd in de sorptiemodus: als waterdamp gesorbeerd wordt in het sorptiemiddel en vrijkomende warmte wordt afgevoerd.

In de waterdamp/luchtscheider 1 wordt vochtige lucht bestaande uit buitenlucht en/of lucht uit het woongebouw aangevoerd door ventilator 2 en langs een semipermeabel scheidingsmembraan 3 gevoerd. Het 40 membraan 3 laat selectief waterdamp (H20) door, maar weert overige - 17 - moleculen zoals 02, N2 en C02. Transport van watermoleculen vindt plaats door een verschil in waterdampconcentratie en partiële waterdampdruk aan weerszijde van het membraan 3. Aan een zijde van het membraan 3, in gasdoorvoerruimte 5, bevindt zicht de lucht waarin 5 opgenomen waterdamp. Aan de andere zijde, de waterdampruimte 6, bevindt zich in overwegende mate waterdamp.

Bij lage luchtvochtigheid van de lucht kan deze aanvullend bevochtigd worden met een optionele bevochtiger 15, waardoor de waterdampconcentratie in de aangevoerde lucht toeneemt. Bij voorkeur 10 is de luchtbevochtiger van het adiabatische type, waarbij de additionele waterdamp ontstaat uit fijne vernevelde waterdruppels. De voor verdamping benodigde energie wordt daarbij onttrokken aan de luchtstroom zelf, waardoor de temperatuur daarvan weliswaar daalt, wat niet nadelig is voor functioneren van de waterdamp/luchtscheider 15 maar waarvoor eveneens geen aanvullende verdampingsenergie hoeft te worden toegevoerd.

Membranen 3 en 10, die selectief waterdamp doorlaten, zijn bijvoorbeeld veelal, maar niet uitsluitend uit (block)-copolymeren waarvan minstens een fase hydrofiel (wateminnend) is.

20 Vanzelfsprekend zijn de membranen niet micro-poreus en dus "dicht" ofwel "homogeen" qua morfologie. Voorbeelden van dergelijke membranen zijn "Sympatex" van Ploquet, "Arnitel" van DSM en Arkema.

Over het membraan heerst een drukverschil van bijna 1 bar: de luchtzijde 5 bevindt zicht op atmosferische druk, maar de dampzijde 25 6, afhankelijk van de hoeveelheid restgassen, op nagenoeg waterdampdruk bij omgevingstemperatuur (12 mBar, bij 10 °C en 100% relatieve luchtvochtigheid van de omgevingslucht). Ten behoeve van een hoge diffusiesnelheid door het membraan 3, 10 zijn de membraandikten klein (< 100 pm) en kunnen ze niet het drukverschil 30 dragen. Hiervoor wordt het membraan 3 resp. 10 ondersteund door een poreuze drager 4 resp. 11. Dit dragermateriaal kan een bijvoorbeeld een gesinterde plaat zijn uit metaal (brons, roestvaststaal), maar bij voorkeur uit een goedkopere kunststof zoals Polyethyleen of Polypropyleen. De poriegrootte is voldoende klein om (eventueel in 35 combinatie met een ondersteunend poreus vlies, niet getoond) het membraan te dragen, maar tegelijkertijd de waterdamp door te laten.

In een voorkeursuitvoering bedraagt de poriegrootte 10 - 100 pm. De drager kan bestaan uit een vlakke plaat, maar ook uit bijvoorbeeld buismateriaal.

- 18 -

Nadat het membraan 103 en de drager 104 selectief de waterdamp heeft doorgelaten, stroomt het naar het reactorruimte 13, waarin de waterdamp in contact komt met het hygroscopisch sorptiemiddel. Het sorptiemiddel, oftewel sorbens, is een vloeibaar sorptiemiddel dat 5 wordt aan- en afgevoerd door de sorbenstoe- en -afvoerleidingen 14 en 15. Door sorptie van waterdamp stijgt de temperatuur van het sorptiemiddel. De vrijkomende thermische energie wordt voor nuttig gebruik (gebouwverwarming) afgevoerd door een warmtewisselaar 12, met aan- en afvoerleidingen 16 en 17. Het is overigens mogelijk om 10 meerdere trappen achter elkaar te schakelen, om aldus een grotere temperatuursstijging (of omgekeerd natuurlijk een grotere daling) te kunnen bewerkstelligen. Tevens is het mogelijk om de warmtewisselaar 12 extern te maken, waarbij de vrijkomende energie, of de energie die juist moet worden opgeslagen, buiten het systeem wordt uitgewisseld. 15 Omdat het sorptieproces plaatsvindt in een ruimte met overwegend waterdamp, is het een doelmatig proces: de waterdampmoleculen worden in hun mobiliteit (naar het sorptiemiddel toe) minder gehinderd dan het geval zou zijn bij aanwezigheid van luchtmoleculen. Hierdoor kan het uitwisselende oppervlak tussen 20 sorptiemiddel en waterdamp kleiner uitgevoerd worden dan het membraanoppervlak bij waterdamp/luchtscheiding.

Het vloeibare sorptiemiddel kan zich in een "poolreactor" met horizontaal oppervlak bevinden. Het horizontale plaatsingsoppervlak van de sorptiereactor kan worden verkleind door een deels verticaal 25 scheidingsvlak tussen sorptiemiddel en waterdamp. Dit kan plaatsvinden door het sorptiemiddel over een deels verticaal vlak te laten stromen, waarbij het vlak tevens dienst doet als warmtewisselaar 12. Deze configuratie is in de stand van de techniek bekend als "falling filmreactor".

30 In een voorkeursuitvoering zoals weergegeven in Figuur 3, is op het scheidingsvlak tussen sorptiemiddel en waterdamp een tweede membraan 10 met drager 11 aangebracht. Dit membraan is eveneens semipermeabel in de zin dat het waterdamp doorlaat, maar het vloeibare sorbens tegenhoudt. Door de grote moleculen en 35 stofeigenschappen van het sorbens mag, maar hoeft niet, het tweede membraan 10 nu wel microporeus en ook homogeen zijn. In aanvulling op eerder genoemde homogene membranen komen hiervoor in aanmerking ook membranen die bijvoorbeeld voor omgekeerde osmose gebruikt worden, zoals PTFE.

- 19 -

Als sorbens komen een aantal stoffen in aanmerking, zoals lithiumchloride (LiCl), en (CaCl) calciumchloride. LiCl en CaCl worden veelvuldig gebruikt voor luchtontvochtigers. Vooral het goedkopere calciumchloride is bekend als vochtslurper voor kelders 5 e.d. Het duurdere LiCl is echter hygroscopischer. Andere zouten zijn echter niet uitgesloten.

Hoewel het waterdamp/luchtscheidingsmembraan 103, resp. 110 een grote selectiviteit vertoont, lekt er onvermijdelijk lucht door. Bij voorkeur wordt daarom periodiek de waterdampruimte afgezogen via een 10 leiding 18 door pomp 19.

Zoals gesteld kan ophoping van niet condenseerbare gassen die bijvoorbeeld door het membraan lekken (02 en N2) transport van waterdamp in de dampruimte negatief beïnvloeden. In een bijzondere voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt echter de lekstroom van 15 niet condenseerbare gassen gebruikt als dragergas voor de waterdamp van de waterdamp/luchtscheider 1, naar de reactorruimte 13. Deze voorkeursuitvoering wordt verder aangeduid als perfusiemembraanreactor.

De reactor wordt ook gebruikt voor regeneratie van het 20 sorptiemiddel, als het daarin opgenomen vocht weer uitgedreven moet worden. In de desorptiemodus wordt daartoe het sorptiemiddel met een externe warmtebron (bijvoorbeeld zonne-energie) op verhoogde temperatuur (50 - 60 °C) gebracht. In deze toestand heerst er een positief partieel waterdampdrukverschil tussen sorptiemiddel en 25 omgevingslucht en zullen watermoleculen uit het sorptiemiddel uitdampen en via het tweede scheidingsmembraan 10, waterdampruimten 9 en 6 en het eerste scheidingsmembraan 3 opgenomen worden in de luchtstroom door luchtdoorvoerruimte 5 en afgevoerd worden naar de omgeving.

30 Figuur 4 geeft schematisch een opslagmodule van het systeem van

Figuur 3 weer. Deze bestaat uit een vloeistofopslag 20, die tenminste gedeeltelijk gevuld is met een vloeibaar sorbens 21, bijvoorbeeld LiCl in water. Voorts zijn weergegeven vloeistoftoe- en afvoermiddelen 22 en 23, een pomp 24, toe- en afvoerleidingen 25 en 35 26, alsmede een warmterecuperator/-regenerator 28.

Bijzonder kenmerk is dat het een pycnocline gestratificeerde opslag is. Dat wil zeggen dat het meest met zout verzadigde oplossing zich onderin de vloeistofopslag 20 bevindt en de minst verzadigde oplossing bovenin. Daarbij is in de gehele tank de oplossing 21 40 (anders dan bijvoorbeeld het systeem volgens Figuur 2) - 20 - onderverzadigd, zodat het ook bij omgevingstemperatuur niet kristalliseert.

De vloeistofopslag 20 is voorzien van in de pijlrichtingen beweegbare vloeistoftoe- en afvoermiddelen 22 en 23 voor het over de 5 hoogte variabel toe- en afvoeren van het sorbens 21. Zo kan de meest met zout verzadigde oplossing, die tevens het meest hygroscopisch is, bewaard worden voor absorptie van waterdamp uit de lucht als de temperatuur en/of relatieve luchtvochtigheid (en daarmee de dampdruk) van de buitenlucht laag is. Sorbens met een lagere concentratie wordt 10 daarentegen gebruikt bij hogere luchttemperatuur en luchtvochtigheid, zonder de hoge concentratie te hoeven aanspreken. Deze strategie leidt tot optimale benutting van het sorbens en de beschikbare ruimte.

De vloeistoftoe- en afvoermiddelen 22 en 23 kunnen bestaan uit 15 zwaaiarmen 22 en 23 die door het instellen van de stand van de zwaaiarm, de in- en uitlaat op de juiste hoogte brengen. In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt de inlaat zodanig uitgevoerd dat door het onderdrukken van turbulentie en menging (bijvoorbeeld door een zwevende flexibele slang) de toevoerstroom niet opmengt met de 20 tankinhoud maar naar de juiste positie stroomt. Dergelijke inlaatvoorzieningen zijn bekend vanuit de techniek voor thermisch gelaagde opslag (waarbij de dichtheidsvariatie niet door zoutconcentratie, maar door temperatuur wordt bewerkstelligd).

De recuperator/regenerator 28 dient om de thermische energie 25 die aanwezig is in de warme stroom sorbens uit de reactorruimte 13 over te dragen aan de naar de reactorruimte toegevoerde stroom sorbens. Circulatie van sorbens geschiedt door middel van circulatiepomp 24 en leidingstelsel 14, 15, 25 en 26.

De aldus verkregen opslag is vanwege de stratificatiestrategie 30 compact (> 0.5 GJ/m3) en vanwege het thermisch evenwicht met de omgeving en het ontbreken van stilstandsverlies efficient.

Figuur 5 geeft schematisch een praktische uitvoeringsvorm van het meest kritische onderdeel van de membraanreactor: een reactordeel voor scheiding van waterdamp en lucht, links in perspectivisch 35 aanzicht, en rechts met een lamel in dwarsdoorsnede. Het scheidingsdeel bestaat uit een reeks lamellen bestaande uit een plaat poreus dragermateriaal 4, dat is ingesloten door het scheidingsmembraan 3. Tussen de lamellen stroomt lucht met waterdamp. De waterdamp wordt vanuit de poreuze lamellen verzameld in een 40 gemeenschappelijke leiding 19 en afgevoerd naar de sorptie- - 21 - reactorruimte (niet weergegeven). Uiteraard kan een en ander ook in omgekeerde zin werken, waarbij vanuit de lamellen juist waterdamp wordt afgegeven.

De reactor volgens Figuur 3 kan ook voor andere doeleinden 5 toegepast worden. Figuur 6 toont een reactordeel in koelmodus, als verdamperkoeltoestel. In deze Figuur, zoals in de overige, zijn overeenkomstige onderdelen aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. Het sorbens is hierbij vervangen door (zuiver) water, dat onder invloed van positief waterdampdrukverschil tussen het water en de 10 waterdamp in de omgevingslucht verdampt, en via dampruimten 9, 7 en 6 en scheidingsmembraan 3 opgenomen wordt in de luchtstroom en afgevoerd naar de omgeving. Voor verdamping wordt water in de reactor gevoerd vanuit een aanvoerleiding 30. De thermische energie die daarvoor nodig is (koelvermogen), wordt bijvoorbeeld aangevoerd door 15 warmtewisselaar 12. Ook in deze uitvoeringsvorm is het van voordeel wanneer in de dampruimten 9, 7 en 6 overwegend waterdamp aanwezig is en eventuele niet-condenseerbare gassen worden afgevoerd door een pomp 19. Het principe van verdampingskoeling is bekend vanuit de stand van de techniek voor het koelen van een luchtstroom. De 20 verdamperkoeler volgens de uitvinding is bijzonder voordelig omdat het koelvermogen beschikbaar komt in een separate warmtewisselaar en dat de omgevingslucht zelf niet afkoelt, maar uitsluitend bevochtigd wordt.

Figuur 7 toont een reactormodule volgens de uitvinding, voor 25 winning van vloeibaar water uit omgevingslucht. Bekend uit de stand van de techniek is dat water gewonnen kan worden uit omgevingslucht. Veelal gebeurt dat door afkoelen van omgevingslucht, tot onder het dauwpunt van water (waarbij water zich in vloeibare vorm afscheidt). Het nadeel van deze techniek is dat een groot deel van het 30 koelvermogen nodig is voor het afkoelen van de lucht (voelbare warmteinhoud). Door toepassing van een scheidingsmembraan 3 wordt dit nadeel ondervangen door eerst de waterdamp af te scheiden en dan pas af te koelen en te condenseren. Voor deze toepassing is het sorbens en eventueel het tweede scheidingmembraan 10 uit de membraanreactor 35 volgens figuur 3 verwijderd. Door warmtewisselaar 12 te koelen tot onder het dauwpunt van de omgevingslucht zal waterdamp in dampruimte 9 condenseren en zich ophopen onderin de houder 8.

Ook voor het optimaal functioneren van het waterwintoestel kan de dampruimte worden geconditioneerd door, uiteraard periodiek, 40 afzuigen van waterdamp/gas uit dampruimte 9, door pomp 19.

- 22 -

Dit waterwintoestel is bijzonder voordelig omdat de omgevingslucht gedroogd, maar niet afgekoeld het toestel verlaat. Omdat warmtewisselaar 12 hoofdzakelijk de condensatiewarmte van de waterdamp afvoert, is de benodigde energietoevoer per eenheid 5 gewonnen water minimaal en dicht tegen de latente enthalpie van 2350 kJ/kg.

De in de Figuren getoonde luchtbehandelings-, energieopslag- en -terugwinsystemen, alsmede de waterwin- en verdamper/koeltoestellen kunnen met voordeel worden ingebouwd in een woning of ander gebouw, 10 met voordeel verwerkt in een warmteterugwininstallatie. Aldus kan doelmatig aan energiebesparing worden gedaan. Met name een combinatie met een zonneboiler kan hierbij gunstig zijn, wanneer deze bijvoorbeeld niet alleen warm water levert, maar ook bijvoorbeeld wordt toegepast voor regeneratie van het sorbens.

15

Aldus verschaft de uitvinding een luchtbehandelingssysteem en tevens een opslagsysteem en een werkwijze voor opslag van thermische energie, met een hoge opslagdichtheid en gering stilstandsverlies. De uitvinding bereikt dit door enerzijds sorptie van uitsluitend 20 waterdamp uit lucht, met als voordelen: 1. Geen separaat benodigde opslag van water en middelen voor verdamping daarvan, en geen parasitair verlies van "voelbare warmte" in lucht.

2. Effectief en efficiënt sorptieproces (goed massa- en 25 energietransport).

3. Geen aanrijping van waterdamp bij lage temperaturen van de lucht.

Anderzijds, door toepassing van halocline, continu-variabele gelaagdheid van het vloeibare sorptiemiddel in een isotherme opslag, 30 in thermisch evenwicht met de omgeving, met als voordelen: 4. Grote energieopslagdichtheid, > 0.5 GJ/m3.

5. Grote opslagefficiency (nagenoeg geen stilstandsverlies).

De getoonde uitvoeringsvormen zijn zuiver illustratief, en zijn in geen geval bestemd om de uitvinding te beperken, maar slechts om 35 deze toe te lichten.

1032512

Claims (40)

1. Luchtbehandelingssysteem, omvattende - een houder met een inwendige ruimte die althans gedeeltelijk is gevuld met een sorbens, in hoofdzaak omvattende water met daarin opgelost een zout, welke ruimte in verbinding staat met een 5 reactorruimte; - een open luchtdoorvoerruimte voor doorvoeren van lucht met een hoeveelheid waterdamp die sorbeerbaar en/of desorbeerbaar is door het sorbens; met het kenmerk, dat het luchtbehandelingssysteem voorts een eerste 10 scheidingsmembraan omvat dat tussen en in contact met de reactorruimte en de luchtdoorvoerruimte is geplaatst, zodanig dat waterdamp tussen de luchtdoorvoerruimte en de reactorruimte kan bewegen, en van welk eerste scheidingsmembraan een permeabiliteit voor waterdamp hoger is dan een permeabiliteit voor lucht. 15

2. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 1, waarbij het eerste scheidingsmembraan in hoofdzaak ondoorlatend is voor lucht.

3. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, 20 waarbij het eerste scheidingsmembraan een hydrofiel materiaal omvat.

4. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 3, waarbij het hydrofiele materiaal een hydrofiel polymeren, een hydrofiel copolymeer, een hydrofiel blokcolpolymeer of een combinatie daarvan 25 omvat.

5. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het eerste scheidingsmembraan een dikte heeft van ten hoogste 100 pm. 30

6. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het eerste scheidingsmembraan althans gedeeltelijk, en bij voorkeur in hoofdzaak volledig, ondersteund is door een voor de waterdamp poreuze drager. 35

7. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 6, waarbij de drager poriën omvat met een doorsnede tussen 10 en 100 pm. 1032512 - 24 -

8. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 6 of 7, waarbij de drager is vervaardigd van een materiaal dat gesinterd metaal of, bij voorkeur, kunststof, met meer voorkeur polyethyleen of polypropyleen, omvat. 5

9. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de reactorruimte meerdere afzonderlijke, onderling verbonden deelruimtes omvat, waarbij het eerste scheidingsmembraan althans gedeeltelijk de meerdere deelruimtes omsluit. 10

10. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het in het water opgeloste zout een halogenide van een alkali- of aardalkalimetaal, bij voorkeur een bromide of chloride van lithium of calcium, omvat. 15

11. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de houder een vloeistofopslag omvat, die althans een gedeelte van het water met het daarin opgeloste zout bevat, waarbij de zoutconcentratie in de vloeistofhouder gelaagd is over de 20 vloeistofhoogte.

12. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 11, waarbij de zoutconcentratie een continue variabele van de hoogte in het water is. 25

13. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 11 of 12, waarbij de vloeistofopslag is voorzien van instelbare vloeistoftoevoer- en vloeistofafvoermiddelen, die vloeistof op een instelbare hoogte kunnen toevoeren respectievelijk afvoeren. 30

14. Luchtbehandelingssysteem volgens een der conclusies 11-13, waarbij het water met het zout in in hoofdzaak de gehele vloeistofopslag onverzadigd is bij omgevingstemperatuur.

15. Luchtbehandelingssysteem volgens een der conclusies 11-14, waarbij de vloeistofopslag meerdere afzonderlijke vloeistofdeelopslagen omvat die elk verbindbaar zijn met de reactorruimte, en die elk vloeistoftoevoer- en vloeistofafvoermiddelen omvatten, die vloeistof op een instelbare 40 hoogte kunnen toevoeren respectievelijk afvoeren. - 25 -

16. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de reactieruimte een hoeveelheid vloeistof omvat, met een vloeistofoppervlak. 5

17. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, voorts omvattende een vloeistofverplaatsingsmiddel.

18. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, 10 waarbij de reactieruimte een vloeistofoppervlakvergrotingsmiddel omvat.

19. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 18, waarbij het vloeistofoppervlakvergrotingsmiddel een valstroominrichting omvat. 15

20. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij er een tweede scheidingsmembraan is verschaft tussen de reactorruimte en het eerste scheidingsmembraan, waarbij er tussen het eerste en het tweede scheidingsmembraan een waterdampruimte is 20 verschaft, waarbij van het tweede scheidingsmembraan een permeabiliteit voor waterdamp hoger is dan een permeabiliteit voor water, waarbij in het bijzonder het tweede scheidingsmembraan in hoofdzaak ondoorlatend is voor water en voor zich in de reactorruimte bevindende lucht.

21. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de druk in de inwendige ruimte van de houder in hoofdzaak omgevingsdruk is.

22. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 20 of 21, waarbij een werkzame oppervlakte van het tweede scheidingsmembraan kleiner is dan een werkzame oppervlakte van het eerste scheidingsmembraan.

23. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, 35 omvattende een gasafvoermiddel dat werkzaam is verbonden met de reactorruimte of de waterdampruimte.

24. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 23, waarbij het gasafvoermiddel een periodiek inschakelend gasafvoermiddel is. 40 - 26 -

25. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, voorts omvattende een luchtverplaatsingsmiddel dat werkzaam is verbonden met de luchtdoorvoerruimte.

26. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, voorts omvattende een waterdamptoevoermiddel dat is ingericht voor toevoeren van waterdamp aan de door de luchtdoorvoerruimte te voeren lucht.

27. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 26, waarbij het waterdamptoevoermiddel een vernevelaar omvat, bij voorkeur een adiabatische vernevelaar.

28. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, 15 voorts omvattende een warmtewisselaar in thermisch contact met de vloeistof.

29. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 28, waarbij de warmtewisselaar is ingericht voor het uitwisselen van thermische 20 energie tussen sorbens in de reactieruimte en een fluïdum ten gebruike voor externe temperatuurbeheersing.

30. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, voorts omvattende een externe bron van thermische energie, die in 25 thermisch contact is met de inwendige ruimte, bij voorkeur met de vloeistof.

31. Luchtbehandelingssysteem volgens conclusie 30, waarbij de externe bron een zonnewarmteopvanginrichting omvat. 30

32. Luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies, voorts omvattende een externe vloeistofleiding, in bestuurbare vloeistofcommunicatie met ten minste een van de houder en de reactorruimte. 35

33. Luchtbehandelingssysteem, omvattende een houder met een inwendige ruimte die in verbinding staat met een reactorruimte, met een warmtewisselinrichting in thermisch contact met de reactorruimte, en een open luchtdoorvoerruimte voor doorvoeren van lucht, gekenmerkt 40 doordat het luchtbehandelingssysteem voorts een eerste - 27 - scheidingsmembraan omvat dat tussen en in contact met de reactorruimte en de luchtdoorvoerruimte is geplaatst, zodanig dat waterdamp tussen de luchtdoorvoerruimte en de reactorruimte kan bewegen, en van welk eerste scheidingsmembraan een permeabiliteit 5 voor het sorbaat hoger is dan een permeabiliteit voor lucht.

34. Gebouw omvattende een luchtbehandelingssysteem volgens een der voorgaande conclusies.

35. Vervoermiddel voor personen of vracht, omvattende een luchtbehandelingssysteem volgens een der conclusies 1-32, met voordeel volgens conclusie 33.

36. Werkwijze voor het behandelen van lucht met behulp van een 15 luchtbehandelingssyteem volgens een der conclusies 1-33, omvattende - het door de luchtdoorvoerruimte langs het eerste scheidingsmembraan voeren van te behandelen lucht, - het in de luchtdoorvoerruimte veranderen van een waterdampgehalte van de lucht door het aldaar via het scheidingsmembraan op de lucht 20 laten inwerken van het water met het opgeloste zout, en het uit de luchtdoorvoerruimte afvoeren van de behandelde lucht.

31. Werkwijze volgens conclusie 36, voor zover afhankelijk van conclusie 13, respectievelijk conclusie 15, waarbij aan de 25 vloeistofopslag toe te voeren vloeistof met zout wordt afgegeven op een hoogte, respectievelijk die vloeistofdeelopslag, waar de zoutconcentratie in de vloeistofopslag in hoofdzaak gelijk is aan de zoutconcentratie in de toe te voeren vloeistof.

38. Werkwijze volgens conclusie 36, voor zover afhankelijk van conclusie 13, respectievelijk conclusie 15, waarbij uit de vloeistofopslag af te voeren vloeistof met zout wordt onttrokken op een hoogte, respectievelijk aan die vloeistofdeelsopslag, waar de zoutconcentratie in de vloeistofopslag in hoofdzaak gelijk is aan de 35 zoutconcentratie uit de af te voeren vloeistof.

39. Werkwijze volgens een der conclusies 36-38, waarbij vloeistof met zout langs het eerste scheidingsmembraan, of indien verschaft het tweede scheidingsmembraan, wordt gevoerd. 40 - 28 -

40. Werkwijze volgens een der conclusies 36-39, waarbij thermische energie wordt uitgewisseld met de vloeistof. * 1032512