SE1450313A1 - Absorption av vatten genom användning av ett isolerat hus - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en anordning för att adsorbera vatten genom attanvända ett förslutningsbart hus innehållande ett vattenadsorberande material ochen värmepump. Anordningen löser problemet med att adsorbera fukt från luft på ett energieffektivt sätt.

Description

1 ABSORPTION AV VATTEN GENOM ANVANDNING AV ETT ISOLERAT HUS UPPFINNINGENS OMRADE FOrliggande uppfinning avser en anordning for att adsorption av vatten fran en gas och en metod for att adsorbera vatten fran gas. 5 BAKGRUND Det finns manga sdtta att extrahera vatten fran luft men manga av dem har problem med effektiviteten och att de krdver mycket energi.

Varmepumpar är effektivta nar det kommer till att overfOra varme. Kvoten mellan energin som pumpen kan OverfOra och den totala mdngden energi som kan 10 OverfOras kallas Varmekoefficient (COP). COP-faktorn beror pa en antal parameterar sâ som temperatur och vilken typ av kylmedia som anvands. Nar varmepumpen overfor varme fran en plats till en annan bildas en kall och en varm yta bildas i varmepumpen. Den varma ytan kan anvandas fOr vamning medan den kalla kan anvandas for kylning. 15 Den kalla ytan kan ocksa anvandas fOr att kondensera fOrangat vatten fran luften. Mangden vatten som kan kondenseras fran 1 m3 luft beror pa dess initiala temperaur och mangden anga i luften liksom till vilken temperatur luften kyls.

Detta fOrfOrande fOr att kondensera anga fran luft har en nackdel eftersom det kondenserade vattnet fryser vid 0°C. Detta resulterar i bildningen av is pa den kalla 20 sidan och att det kondenserade vattnet inte kan ledas bort. Eftersom luften har en daggpunkt under 0°C maste luften kylas under 0°C fOr att angan ska kondensera. Detta begransar sjalvklart ndr en varmepump kan anvandas for att kondensera anga fran luft. Idag ãr en losning pa problemet att regelbundet stanna varmepumpen och varma den kalla ytan och ta bort den bildade isen. Men detta Or 25 bade tids- och energikravande.

En annan metod som anvands for att extrahera anga Or att adsorbera vatten genom att anvanda ett hygroskopiskt material. Genom att anvanda ett hygroskopiskt material kan angan i luften adsorberas och fOrvaras i materialet. Mangden vatten som forvaras i ett hygroskopiskt material beror pa materialets formaga att 30 adsorbera vid olika luftfuktigheter. Nar det hygroskopiska materialet varms Okar angtrycket hos materialet. Nar angtrycket i det hygroskopiska materialet blir hogre 2 an det omgivande angtrycket forangas det adsorberade vattnet. Pa detta satt kan hygroskopiska material regenereras och ateranvandas. Mangden vatten som kan adsorberas/desorberas per sekund beskrivs genom: =kbA,(Pni— Pa)(1) 5 dari ãr mangden adsorberat/ desorberat vatten per sekund, k ãr en materialkonstant, A dr arean hos det hygroskopiska materialet och Pm dr angtrycket i det hygroskopiska materialet och Pa ãr angtrycket i luften.

FOr att det adsorberade vattnet ska lamna det hygroskopiska materialet maste det forangas och fOr det kravs det fOrangningsenergi. Denna energi tas frail \Taxmen och 10 skapar kylning. Detta kyler det hygroskopiska materialet vilket resulterar i ett ldgre angtryck i det hygroskopiska materialet ndr vattnet har fOrangats. Mer varme maste dal-for tillforas for att halla materialet varmt.

Systemen enligt kand teknik lider av vissa nackdelar sa som bildning av is och kylning av det hygroskopiska materialet pa grund av fOrangning. Att Overkomma 15 dessa problem skulle leda till mer effektiva metoder att kontrollera luftfuktighet och for att kondensera vattenanga.

SAMMANFATFNING AV UPPFINNINGEN Andamalet med fOreliggande uppfinningen är att tillhandahalla en anordning som Overkommer nackdelarna med kand teknik. 20 I en forsta aspekt avser foreliggande uppfinning en vattenadsorptionsanordning innefattande: ett termiskt isolerat hus med en fOrslutningsbar ingang och en forslutningsbar utgang; en behallare inne i huset, som separerar huset i en forst respektive en andra 25 avdelning, behallaren har atminstone en ingang och en utgang, dar behallaringangen kommunicerar med den fOrslutningsbara ingangen och behallarutgAngen kommunicerar med den fOrslutningsbara utgangen hos huset, varvid en gas kan flOda in i behallaren fran den fOrsta avdelningen och ut fran behallaren in i den andra avdelningen, 3 ett vattenadsorberande material inrymt i behallaren; varvid anordningen ãr anordnad RV att tillata en fas att flOda frail den forslutningsbara ingangen hos huset genom behallaren i kontakt med det vattenadsorberande materialet i behallaren till den fOrslutningsbara utgangen hos huset; ddr huset bar atminstone en kondensationsyta som atminstone delvis vetter mot ingangen eller utgangen hos behallaren; en varmningsanordning anordnad i utrymmet mellan kondensationsytan och behallaren och/ eller i termisk kontakt med vattenadsorptionsmaterialet och/ eller 10 behallaren; ddr anordningen dessutom innefattar en varmepump anordnad for att varma vattenadsorptionsmaterialet och anordnad fOr att kyla kondensationsytan.

I en andra aspekt avser fOreliggande uppfinning ett fOrfarande att adsorbera vatten fran en gas innefattande: a. att tillhandahalla en anordning enligt fOreliggande uppfinning; att anbringa ett gasflode i kontakt med vattenadsorptionsmaterialet; att lata vattenadsorptionsmaterialet adsorbera anga eller vatten fran gasen; att fOrsluta huset; att varma vattenadsorptionsmaterialet till dess att utrymmet mellan behallaren och den inre ytan har en daggpunkt Over 0°C; att fortsatta att varma det vattenadsorberande materialet; att la.ta anga kondensera pa kondensationsytan; att samla upp kondenserat vatten; och att Oppna huset. 25 UtfOringsformerna som presenteras hdr nedan ãr applicerbara pa bada aspekterna av fOreliggande uppfinning.

KORTFATTAD BESKRVINING AV FIGURERNA Figur 1 a och b, tvarsnitt av utforingsformer av anordningen enligt fOreliggande uppfinning. 30 Figur 2, tvarsnittsvy som visar konvektionsflOdet inne i huset. 4 Figur 3, tvarsnitt av en utforingsform av anordningen enligt foreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRVINING AV UPPFINNINGEN I fOreliggande ansOlcan anvands ordalydelserna "vattenadsorberande material", "vattenadsorptionsmaterial" och "hygroskopiskt material" som liktydiga.

Anordningen enligt den fOreliggande uppfinningen ãr utformad fOr vattenadsorption frail en gas, till exempel fran luft. Anordningen kan vara integrerad i en annan anordning eller kan vara en enskild anordning.

Nu med hanvisning till figur la och lb. Vattenadsorptionsanordningen enligt 10 fOreliggande uppfinning innefattar ett isolerat hus med en fOrslutningsbar ingang 22 och fOrslutningsbar utgang 24 och ddr namnda ingang och utgang ãr bada fOrslutningsbara genom anvandning av lampliga medel for att stanga och fOrsluta namnda ingang och utgang. Huset innefattar en behallare 26 som separerar huset i en forsta 27a respektive en andra 27b avdelning. Behallaren 15 har atminstone en ingang 28 och atminstone en utgang som bada star i kommunikation med den fOrslutningsbara ingangen 22 respektive den fOrslutningsbara utgangen 24 hos huset. Behallaren ãr foretradesvis vdrmeisolerad och foretradesvis gjord av rostfritt st6.1. Behallaren innefattar ett vattenadsorptionsmaterial 32 som kan vara vilket lampligt material som heist 20 till exempel molekylsikt, aktivt kol, zeolit, silikagel, LiC1, CaC1, NaNO3, trd sulfater och andra lampliga material kanda for en fackman eller kombinationer ddrav. Vattenadsorptionsmaterialet kan vara i form av partiklar, pulver eller fast material. Ingangarna och utgangarna hos huset och behallaren ãr anordnade sâ att gasen 33 kan floda fran den fOrslutningsbara ingangen 22 hos huset in i 25 forsta avdelningen 27a och in i behallaren 26 via ingang 28 hos behallaren sâ att gasen kommer i kontakt med vattenadsorptionsmaterialet 32. Gasen kommer sen att komma ut ur behallaren 26 genom utgangen och in i den andra avdelningen 27b och sen ut genom den fOrslutningsbara utgangen 24 hos huset 20. De streckade pilarna i figur 1 representerar gasflOdet. En kondensationsyta 42 hos huset dr anordnad sâ att den kminstone delvis vetter mot ingangen och/eller utgangen hos behallaren och bildar, i en utfOringsform bildar ytan 42 ett utrymme 37 mellan vaggen 36 och behallaren 26. En varmningsanordning 34 ãr anordnad i utrymmet 37 (Figur la) och/eller i termisk kontakt med det vattenadsorberande materialet 32 och/eller behallaren (Figur lb). Ytan 42 kan vara anordnad mitt emot utgangen hos behallaren i gasflOdesriktningen och/eller mitt emot ingangen 28 hos behallaren. Behallaren kan vara i form av ett ndt, en bur eller en perforerad yta och kan vara gjord av till exempel en metall eller en metallegering, till exempel aluminium. Anordningen innefattar dessutom en varmepump anordnad for att varma det 5 hygroskopiska materialet 32 och anordnad fOr att tillhandahalla kondensationsytan 42 inne i huset som tillater vatten att kondensera pa namnda yta. Ytan 42 har en temperatur tillrdckligt lag fOr att anga i gasflOdet ska kondensera pa namnda yta. Varmepumpen kan definieras innefatta ett cirkulationssystem for ett kyl/varme-media. System innefattar i sekvens 10 kondensationsytan 42, en kompressor 44, en varmare 47 och en expansionstank 46 och ddr alla delarna ãr forbundna med lampliga ror och anordnade sâ att kyl/vdrme-mediet kan cirkulera. Varmaren 47 kan vara anordnad i utrymmet 37 och/eller i termisk kontakt med vattenadsorptionsmaterialet 32 och/eller behallaren 26.

Kondensationsytan 42 kan vara anordnad i utrymmet 37 (figur 1) eller kan vara anordnad pa eller som innerytan 38 (figur 2 och 3). Kompressorn 44 och expansionstanken 46 kan var och en vara anordnade inuti det isolerade huset eller utanfor. Roren bOr fOretradesvis vara isolerade for att minska energiforluster. 20 Nar varmepumpen bOrjar generera varme som kan OverfOras till vattenadsorptionsmaterialet via varmaren 47 kan varmeandordningen 34 stangas av eller behOver atminstone inte g5_ Mr full effekt och clarmed spara energi. Varmningsanordningen 34 kan skOtas genom att anvanda elektricitet, brdnsleceller, solenergi eller annat lampligt sat och varmen kan tillhandahallas via elektricitet, mikrovAgor (till exempel via mikrovagsugnsprincipen) eller via solenergi.

Varmningsanordningen34kanvarakoppladtillen fOrslutningskontrollmekanism for att optimera processen for ndr den forslutningsbara ingangen och den forslutningsbara utgangen ska oppnas och stangas och ndr varmningsfOrfarandet av vattenadsorptionsmaterialet ska starta. Dessutom, huset ãr foretradesvis konstruerat pd ett sat att gasvolymen inne i det forslutna huset fOrblir vdsentligen konstant under varmningen av vattenadsorptionsmaterialet. Detta kan uppnas genom att sdkra eller 'Asa fOrslutningen efter stangning eller genom att anvanda en backventil som en fOrslutning. 6 FOreliggande uppfinning ãr baserad pa det faktum att ett vattenadsorptionsmaterial inrymt i en behallare adsorberar, och till en viss utstrackning aven ocksa absorberar, vatten fran den omgivande gasen, fOretradesvis luft, och till exempel till punkten av mdttnad. Salunda, efter att ha 5 tillâtit vattenadsorptionsmaterialet att adsorbera vatten, fOrsluts huset genom att anvanda ett lock eller annat lampligt holje och vattenadsorptionsmaterialet varms sedan genom anvandning av varmningsanordningen, och senare ocksa. varmaren. FOrforandet av att frisatta vattnet fran vattenadsorptionsmaterialet drivs av skillnaden i angtryck mellan vattnet i gasen och vattnet som är 10 adsorberat i vattenadsorptionsmaterialet. Mdngden vatten som frisatts frail vattenadsorptionsmaterialet till omgivningen kan, sâ som namnts tidigare, beskrivas genom ekvation [1].

Ndr vattnet forangas skapas en kylning hos det hygroskopiska materialet. Kylningen fran fOrangningen kan beskrivas genom dar P, är kylningseffekten och Ev är forangningsenergin. Den frisatta vattenangan kommer att hOja daggpunkten i utrymmet 37. Nar daggpunkten är hOgre an temperaturen pa kondensationsytan 42, kommer kondensation att ske. I 20 foreliggande uppfinning är temperaturen pa kondensationsytan Over 0 grader Celsius.

Nar vattenangan kondenseras pa kondensationsytan 42 skapar kondensationen varme. Varmen pa kondensationsytan fran den kondenserade vattenangan är ekvivalent beskrivet som PH = eEv(3) dar PH ãr varmeeffekten och a ar mangden kondenserad vattenanga per sekund. Effekten, PH, Mrs sen tillbaka till vattenadsorptionsmaterialet via varmaren 47. Effekten som kravs fran varmningsanordningen for att behalla en konstant temperatur i det hygroskopiska materialet minskas darmed med PH.

Salunda, i specialfallet dâ (4) 7 overfors all forangningsenergi tillbaka till det hygroskopiska materialet. Kondensationsytan varms ocksa fran den termiska konvektionen, konduktionen och stralningen fran det hygroskopiska materialet och behallaren. Denna termiska energi overfOrs ocksa tillbaka till det hygroskopiska materialet via varmaren. 5 Kondensationsytan kan vara gjord av metall eller metallegeringar eller annat varmeledande material. Vaggarna hos behallaren och/ eller huset kan vara gjort av men inte begransat till metall eller metallegeringar. Vaggar gjorda av ett varmeisoleringsmaterial reducerar de termiska forlusterna. Darfor, är husets vaggar foretradesvis gjort av ett varmeisoleringsmaterial. 10 Huset kan vara varmeisolerat fran behallaren med vattenadsorptionsmaterialet, varmaren och varmningsanordningen sa att huset inte varms under varinning av vattenadsorptionsmaterialet. Huset kan vara gjort av ett icke-transparent material, i en utforingsform har huset ett litet fonster for inspektion.

Med hanvisning nu till figurerna 2 och 3 (figurerna är schematiska och visar inte alla sardrag hos andordningen). Konvektionsfladet som bildas i huset mellan behallaren 26 och kondensationsytan 42 och/eller husvaggen 36 anses vara fordelaktigt eftersom det Okar OverfOringen av vattenanga fran behallaren och vattenadsorptionsmaterialet till kondensationsytan, se figur 2. For att kunna Oka eller forbattra konvektionsflOdet inne i huset kan en flakt anordnas i huset eller huset kan ha rundade horn 52 inne i huset, se figur 3.

Temperaturen hos kondensationsytan Mr vara atminstone 0°C, fOretradesvis hogre an 20°C, eller fOretrddesvis hOgre an 40°C, eller fOretradesvis hOgre an 60°C men lagre an 120°C, eller lagre an 100°C, eller lagre an 80°C. I en utforingsform ãr temperaturen fran 40 till 90°C. I en annan utfOringsform är temperaturen 65-75°C, foretradesvis 70°C.

Temperaturen hos vattenadsorptionsmaterialet Mr vara hOgre an den hos kondensationsytan fOretrddesvis 70°C eller hogre, eller 90°C, eller 110°C eller hOgre. I en utfOringsform är temperaturen mellan 100-140°C, sa. som 110-130°C, foretradesvis 120°C. 30 For att kunna erhalla en battre overforing av vattenanga och salunda ett mer energieffektivt system; hOjd-, langd- och temperaturskillnaden mellan behallaren och kondensationsytan kan valjas sa. att Sherwoodtalet maximeras. Sherwoodtalet 8 kan anvandas for att uppskatta den advektiva transporten av vattenanga mellan behdllaren och kondensationsytan. Sherwoodtalet anvands fOr att skala diffusionskoefficienten pa grund av cirkulara rorelser skapade inne i huset. Sherwoodtalet erhalls genom 3 Th Sh= 0.42Ra4Sc"12(1)-(13 =0.42(gPPr LG(p )4(L 11)-113 pDLG () ddr Ra är Rayleighs tal, Sc är Schmidts tal, LH är hojden pa huset, LG är avstAndet mellan ytan hos behallaren och kondensationsytan, g är gravitationsaccelerationen, 1 är den termiska expansionen uttryckt som p=,, dar T är medelvardet av temperaturen mellan ytan hos behallaren och kondensationsytan, Pr dr Prandtls 10 tal, TH är yttemperaturen hos behallaren, Tc är temperaturen hos kondensationsytan, v är den kinematiska viskositeten hos gasen, p dynamisk viskositet, p dr densiteten och D är den bindra koefficienten for angmassadiffusion.

Vdrmnings/kyl-mediet hos varmepumpen beror pa vilken temperatur som Onskas for varmaren och kondensationsytan. I en utforingsform Or det ett medium som bar en kokpunkt mellan 50 och 150°C, foretradesvis mellan 65 och 120°C. Det är ocksâ foredraget att mediet bar en hog fOrangningsenergi, fOretradesvis hOgre an 1000 kJ/kg, eller hOgre an 1500kJ/kg, eller hOgre an 2000kJ/kg. Mediet kan vara valt fran men inte begransat till vatten eller lagre alkoholer sá som Cl -05-alkoholer eller blandningar darav. I en utforingsform Or blandningen vatten-etanol eller 20 vatten-isopropanol.

Vaggarna och botten hos huset eller kondensationsytan 42 kan fOretradesvis vara konstruerade pa ett sadant satt att det kondenserade vattnet ansamlas. Detta kan astadkommas genom att ha fdror, diken, kanaler eller liknande i eller langs med vaggarna hos huset eller kondensationsytan, de kan dessutom fortsatta langs 25 bottenplattan hos huset mot en ansamlingspunkt. Dessa fdror, diken eller kanaler kan vara gjorda av eller belagda med hydrofobiskt material. Bottenplattan kan vara konstruerad pa ett sklant sat att allt vatten frAn vaggarna och frdn det hygroskopiska materialet ansamlas. Detta kan Astadkommas genom att botten lutar in mot en eller flera punkter. Huset bar fOretradesvis ett draneringselement 30 som kan vara men Or inte begransat till plugg, kran eller en utgang, eller huset kan t samlas upp och kan , foretradesvis luft, till gasen. Det senare kan ling av inomhusmiljoer

Claims (10)

PATENTKRAV 1. En vattenadsorptionsanordning innefattande: ett termiskt isolerat hus (20) med en fOrslutningsbar ingdng (22) och en fOrslutningsbar utgang (24); en behdllare (26) inne i huset (20), som separerar huset i en forst (27a) respektive en andra (27b) avdelning, behallaren bar atminstone en ingdng (28) och en utgang (30), ddr behallaringdngen (28) kommunicerar med den fOrslutningsbara ingangen (22) och behallarutgAngen (30) kommunicerar med den fOrslutningsbara utgangen (24) hos huset, varvid en gas kan flOda in i behdllaren (26) frdn den fOrsta avdelningen (27a) och ut fran behdllaren in i den andra avdelningen (27b), ett vattenadsorberande material (32) inrymt i behdllaren (26); varvid anordningen ãr anordnad fOr att tillata en fas att flOda frdn den fOrslutningsbara ingangen (22) hos huset genom behdllaren (26) i kontakt med det vattenadsorberande materialet (32) i behallaren till den fOrslutningsbara utgangen (24) hos huset; ddr huset har dtminstone en kondensationsyta (42) som aminstone delvis vetter mot ingdngen eller utgarigen hos behdllaren; en varmningsanordning (34) anordnad i utrymmet (37) mellan kondensationsytan (42) och behdllaren och/eller i termisk kontakt med vattenadsorptionsmaterialet och/eller behallaren; ddr anordningen dessutom innefattar en varmepump anordnad fOr att varma vattenadsorptionsmaterialet och anordnad fOr att kyla kondensationsytan. 2. Anordningen enligt krav 1 dar huset ãr gjort av ett icke transparent material. 3. Anordningen enligt nagot av kraven 1 eller 2 dar en flakt dr anordnad i huset fOr att Oka konvektionsflodet. 4. Anordningen enligt nagot av kraven 1 till 3 dal- behallaren ãr gjord av rostfritt st5.1. 5. Anordningen enligt nagot av kraven 1 till 4 dal- kondensationsytan ãr anordnad i vaggen hos huset. 6. Anordningen enligt nagot av kraven 1 till 5 dar varmepumpen anvander ett medium som har en fOrangningsenergi hOgre an 1000 kJ/kg. 7. Ett forfarande Mr att adsorbera vatten fran en gas innefattande:

1. att tillhandahalla en anordning enligt nagot av kraven 1-6;

2. att anbringa ett gasflOde i kontakt med vattenadsorptionsmaterialet;

3. att la.ta vattenadsorptionsmaterialet adsorbera anga eller vatten fran gasen;

4. att fOrsluta huset;

5. att varma vattenadsorptionsmaterialet med varmningsanordningen eller med varme frail varmepumpen till dess att utrymmet mellan behallaren och den inre ytan har en daggpunkt Over 0°C;

6. att fortsatta att varma det vattenadsorberande materialet;

7. att lata anga kondensera pa kondensationsytan i varmepumpen och darmed Overt'Ora forangningsenergi till kyl/varme-mediet i varmepumpen; 8. att samla upp kondenserat vatten; och 9. att oppna huset.

8. FOrfarandet enligt krav 7 dar kondensationsytan har en temperatur av 20°C till 100°C.

9. FOrfarandet enligt nagot av kraven 7 eller 8 dar vattenadsorptionsmaterialet varms i steg e) till en temperatur av 100-140°C. FIGURES T 42 1 27b 37 42 36