WO2011009791A2 - Verfahren zur rückgewinnung einer verdampften flüssigkeit aus einem luftstrom und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/041—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
    • F28D19/042—Rotors; Assemblies of heat absorbing masses
    • F28D19/044—Rotors; Assemblies of heat absorbing masses shaped in sector form, e.g. with baskets

Definitions

  • the invention relates to a method for recovering a vaporized liquid from an air stream.
  • Absorption refrigerating machines which produce by cooling a refrigerant, a cooling effect, the
  • Premises can be used. With the sorption, or the desorption of the refrigerant is usually also connected to a change in the state of matter of the refrigerant, or causes.
  • a commonly used refrigerant is for example water, which in the sorption in a suitable
  • Sorbent such as silica gel or zeolite is stored.
  • the refrigerant can be re-evaporated by heating the sorbent.
  • the adsorption or absorption of the refrigerant is favored by low temperature and high pressure.
  • sorption refrigerators are either operated at a low working pressure well below normal atmospheric pressure or preferably used in those regions for air conditioning of rooms in which the averaged temperature values are not excessively high, so that the ambient temperature, or outside temperature in the most cases suitable operating conditions for the
  • Sorption chillers allows and also only a low cooling capacity for a perceived as pleasant
  • Air conditioning of the premises is required.
  • Energy should, for example, about environmental energy
  • Evaporative cooling are used, which can be accomplished without much equipment.
  • Adsorption chiller even at high Ambient temperatures allows.
  • evaporative cooling or other cooling processes in which water or other liquid refrigerant vaporizes or evaporates may be used for exclusive or auxiliary cooling in any chillers based, for example, on the use of one or more heat exchangers.
  • the water used for cooling and thereby evaporated increases the moisture content in the environment of the surfaces and components to be cooled and is usually removed with the exhaust air.
  • the evaporative cooling conditions are usually used for cooling and thereby evaporated.
  • the moisture content of the exhaust air is regularly too low to allow a significant condensation and thus a recovery of entrained in the exhaust evaporated liquid without a renewed consuming and energy-intensive cooling of the exhaust air.
  • Ambient temperatures of 3O 0 C or more can be recovered without having to be generated with a high energy expenditure, an excessive cooling effect or pressure change to a condensation and recovery of
  • This object is achieved in that the vaporized liquid is transferred from a first amount of air into a second amount of air, wherein the second
  • Air quantity is smaller than the first air quantity. It is preferably provided that the evaporated liquid is sorbed from a first amount of air in a sorbent and then desorbed again in a second amount of air, wherein the second amount of air is smaller than the first
  • Air quantity is. In place of an adsorption, absorption of the liquid and its subsequent
  • sorbent any material suitable for containing water or water vapor can be used.
  • they may be porous materials with a high surface area to volume ratio.
  • Suitable sorbents may also be suitable
  • Plastic materials or liquids or gases are used.
  • the invention is based on the finding that a suitable increase of the dew point temperature
  • the dew point temperature can be increased in a simple manner that for a
  • Amount of liquid is used a significantly smaller amount of air than in the sorption of the same amount of liquid from the amount of air dried thereby. If the
  • Ambient temperature is, by cooling the second air volume to the ambient temperature, a large proportion of the moisture content of the second air flow to the
  • Drinking water can be obtained from the ambient air by the method according to the invention, for example, by condensing out the moisture contained in the ambient air.
  • the production of drinking water is carried out by the extraction of ground or surface water or by the desalination of seawater. In dry-hot regions No appreciable groundwater extraction can take place and, due to lack of rainfall, efficient collection and use of surface water is hardly feasible.
  • Seawater desalination necessarily requires access to the seaboard, which is not present in many countries and regions.
  • extracting drinking water can suck in ambient air, dehumidify it in a sorbent and
  • Process air circulation is circulated an air flow, the temperature and absolute humidity in
  • Process air circulation can be recorded. Subsequently, the second amount of air is cooled in the process air cycle again, so that the moisture contained therein condensed to a large extent and can be collected as drinking water. In contrast to the previously known methods in which the ambient air is cooled or compressed to cause the moisture contained therein to condense, the moisture is transferred to a second, preconditioned amount of air, which converts a much more efficient condenser of that air quantity
  • Air quantity and the second air quantity have a same air pressure.
  • This air pressure corresponds essentially to the air pressure of the ambient air or locally
  • the second amount of air is less than a limit air amount at a desorption of a predeterminable amount of liquid from the sorbent whose dew point after a recording of the
  • Minimum temperature corresponds. In a first step, it can be specified which amount of liquid should be withdrawn from the first quantity of air, which is initially in the
  • Sorbent sorbed and then supplied by desorption of the second amount of air.
  • the amount of the second amount of air is then conveniently set so that the quantity of liquid supplied after the desorption can largely be recondensed and recovered again by a suitable increase in the dew point temperature of the second air quantity in a subsequent cooling of this second air quantity to the ambient temperature.
  • Dew point temperature results from the amount of the second amount of air and the moisture absorbed therein.
  • the predetermined dew point temperature is higher than a
  • the dew point temperature should be higher than the ambient temperature used to cool the second amount of air, which was heated to 75 ° C. and above for the desorption process.
  • the second amount of air is supplied to a heat exchanger, which cools the second amount of air.
  • the amount of condensate produced during the cooling of the second quantity of air can be collected and used again, for example for evaporative cooling.
  • Evaporative cooling may also be the case
  • Air volume is circulated in a closed circuit.
  • a loss of water can be largely or completely prevented by the fact that the first amount of air is also circulated in a closed circuit and the
  • Evaporative cooling takes place within this cycle. It is also possible and, under certain conditions, appropriate for one or both quantities of air to be kept open and not in a closed circuit.
  • the first quantity of air is drawn in from the ambient air.
  • the first amount of air is not circulated in a closed circuit to allow cooling of an air-conditioned air drawn in from the environment
  • Ambient air to be transferred to the sorbent is provided that the first amount of air is cooled before the moisture contained therein in a
  • Sorbent sorbed and then desorbed in a second amount of air again can take place via a heat exchanger or, for example, in a natural manner by flowing through an earth tunnel or the like.
  • the moisture transferred to the sorbent is removed by means of a second, suitably
  • preconditioned air quantity desorbed from the sorbent wherein preferably the dew point temperature of the second air quantity after the absorption of moisture from the sorbent is significantly above the ambient air.
  • the invention also relates to a device for
  • the device comprises a container with a plurality of rotatably mounted chambers which are filled with the sorbent and can be flowed through by an air flow.
  • a container with rotatably mounted can be traversed by an air flow sorption chambers, an adsorption of a first amount of air in a chamber on one side of the container and at the same time
  • the device has a device for air flow guidance, which forms a closed circuit and guides an air flow through at least one chamber of the container and subsequently through a heat exchanger.
  • Air flow guide may be a flow channel whose course is adapted to the spatial conditions.
  • the device comprises a collecting device for auskondensierende from the second amount of air liquid.
  • the container has annularly arranged, rotatably mounted chambers, which are filled with a sorbent and
  • the annularly arranged chambers may have inflow and outflow openings arranged in the radial direction
  • an air flow guide for the first air quantity can also form a closed circuit and at the same time space a throughflow
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device and a method sequence of a refrigerating machine for
  • Evaporative cooling is used and the sprayed cooling water is recovered in a second cycle
  • Fig. 2 is a schematic representation of a container with rotatably mounted sorption chambers
  • Fig. 3 the container shown in Fig. 2 in a reduced and exploded view
  • Fig. 4 is a schematic representation of a device and a process sequence for drinking water extraction
  • Chiller 1 cools via a first heat exchanger 2 a sucked from the environment and flowing
  • Heat exchanger 4 is a preconditioning of
  • Supply air flow 3 causes, whereby usually both a cooling and a drying of the supply air flow 3 come into consideration for the preconditioning.
  • a cooling process performed in the first heat exchanger 2 the supply air of the supply air stream 3 to the desired
  • Supply air temperature cooled The supply air is subsequently fed to the air-conditioned premises 5 and discharged as exhaust air stream 6 again.
  • Evaporative cooling 8 are cooled. About the
  • Evaporative cooling 8 demineralized cooling water is discharged to the cooling air flow 7, so that it is a
  • the chambers 11 are arranged in a ring and connected to each other, so that the chambers 11 form a rotatably mounted chamber ring 12, which is substantially completely filled with the sorbent 10.
  • Both within the chamber ring 12 and outside of the chamber ring 12 are circular segment-shaped supply and discharge chambers 13 are arranged concentrically, which are connected to the circuit of the cooling air flow 7.
  • Discharge chambers 13 have inflow and
  • Cooling air flow 7 which allow the cooling air flow 7 to flow from a feed chamber 13 through the filled with sorbent 10 chambers 11 into the associated discharge chamber 13.
  • the Flow direction of the cooling air flow 7 can be arbitrarily specified, so that the cooling air flow 7 flows either from the inside to the outside or from outside to inside through the chambers 11.
  • surrounding chambers 13 are depending on the flow direction of the flowing air flow either feed chambers 13 or discharge chambers 13th
  • the annular chamber 12 is rotatable between the spatially space
  • Sorbent 10 stored moisture done.
  • the container 9 may have a cylindrical shape and have an almost any length, so that the amount of flow through
  • Sorbent 10 also almost arbitrarily specified and can be adapted to the particular requirements.
  • the arrangement and design of the inflow and outflow openings 14 can ensure that during the rotational movement of the chamber ring 12 between the supply and discharge chambers 13 at any time a substantially consistent freer
  • FIG. 2 is for illustration by way of example a
  • the heated desorption air stream 15 decreases in the
  • volume flow of Desorptions Kunststoffstroms 15 is less than the volume flow of the cooling air flow 7. Studies have shown that, for example, a factor 10 between the two volume flows is suitable, it being assumed that regardless of the respective volume flow per unit time sorption of moisture or subsequent desorption of moisture in, or from the sorbent 10 is approximately constant. Due to the lower volume flow of the
  • Desorptions Kunststoffstroms 15 takes a correspondingly lower second air quantity of the Desoptions Kunststoffstroms 15, the same amount of liquid, or amount of water vapor, which was previously introduced by a larger first amount of air of the cooling air flow 7 in the sorbent 10.
  • the absolute moisture content of the second air quantity is therefore
  • Dew point temperature of Desorptions Kunststoffstroms 15 is above ambient temperature.
  • the desorption air stream 15 enriched with moisture from the sorbent 10 has to be passed through a heat exchanger 16 and cooled below the dew point temperature in order to condense the moisture contained in the desorption air stream 15 and thus recover the liquid entrained in the desorption air stream 15 enable.
  • the separated liquid can be collected and fed back to the evaporative cooling 8.
  • Flow generation facilities required energy can be generated by a solar system 17 and the respective
  • the chiller 1 can therefore exclusively with water consumption
  • Water vapor can be transferred to a second air flow, whose dew point is much higher and an economically sensible separation of the water, or Auskondenstechnik allowed.
  • ambient air is sucked by means of a fan 19.
  • the ambient air has, for example, a temperature of 45 ° C. and a relative humidity of 15%, so that approximately 9 g / kg of evaporated water are contained in the ambient air.
  • the ambient air is first cooled in a cooling device 20, for example to 28 0 C and then passed through the container 9, which contains the sorbent 10 in several chambers 11. A portion of the moisture contained in the ambient air is taken up in the sorbent 10 and stored.
  • suitable sorbent of the previously cooled to 28 0 C ambient air about 7.6 g / kg of water can be withdrawn.
  • a closed circuit 21 is a
  • Process air flow 22 circulated.
  • the process air stream 22 is heated via a solar collector assembly 23 to
  • the relative humidity of the process air stream 22 increases, for example, to 74%, so that the
  • Process air stream 22 has absorbed about 153 g / kg of water. Each kilogram of process air can thus absorb the amount of water that is about 20 kilograms
  • Air volume about twenty times the volume of the second
  • Air volume is.
  • Process air stream 22 passed through a heat exchanger 16 and cooled by the also sucked by means of a fan 19 ambient air 18 at a temperature of 45 0 C, for example, 51 0 C. Initially, the relative humidity increases to 100% and then a proportion of the contained in the process air stream 22 condenses
  • exemplary temperature and humidity values are condensed at 51 0 C when cooled, the process air stream 22 about 153 g / kg of water. This amount of water can be removed via an outlet 24 from the process air stream 22 and collected to drinking water or utility water for
  • the energy required for the operation of the fans 19 and the heating of the process air stream 22 can be obtained via photovoltaic systems, or solar collector systems 23, so that in dry-hot regions in particular efficient drinking water production from the

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Rückgewinnung einer verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom, wie es beispielsweise für die Trinkwassergewinnung aus Umgebungsluft eingesetzt werden kann, wird die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge in eine zweite Luftmenge übertragen, wobei die zweite Luftmenge kleiner als die erste Luftmenge ist. Die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge wird in einem Sorptionsmittel sorbiert und anschließend in einer zweiten, kleineren Luftmenge wieder desorbiert. Die vorgebbare Taupunkttemperatur der zweiten Luftmenge ist größer als eine Außentemperatur bei üblichen Betriebsbedingungen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens zur Trinkwassergewinnung aus Umgebungsluft, wobei die verdampfte Flüssigkeit in einem Sorptionsmittel sorbiert und anschließend wieder desorbiert wird, weist einen Behälter (9) mit mehreren drehbar gelagerten Kammern aufweist, die mit dem Sorptionsmittel befüllt sind und von einem Luftstrom durchströmt werden können. Der Behälter (9) weist ringförmig angeordnete, drehbar gelagerte Kammern auf, die Einströmungsöffnungen sowie beabstandet angeordnete Ausströmungsöffnungen für eine Luftströmung aufweisen.

Description

Verfahren zur Rückgewinnung einer verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung einer verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom.
Aus der Praxis sind Adsorptionskältemaschinen und
Absorptionskältemaschinen bekannt, die durch Verdampfen eines Kältemittels eine Kühlwirkung erzeugen, die
beispielsweise zur Klimatisierung von geschlossenen
Räumlichkeiten genutzt werden kann. Mit der Sorption, bzw. der Desorption des Kältemittels wird üblicherweise auch eine Änderung des Aggregatzustands des Kältemittels verbunden, bzw. bewirkt.
Ein häufig eingesetztes Kältemittel ist beispielsweise Wasser, das bei der Sorption in einem geeigneten
Sorptionsmittel wie beispielsweise Silikagel oder Zeolith gespeichert wird. Bei einer anschließenden Desorption kann das Kältemittel durch Erhitzen des Sorptionsmittels wieder verdampft werden. Die Adsorption, bzw. Absorption des Kältemittels wird von niedriger Temperatur und hohem Druck begünstigt. Aus diesem Grund werden Sorptionskältemaschinen entweder mit einem geringen Arbeitsdruck deutlich unterhalb des normalen Luftdrucks betrieben oder bevorzugt in denjenigen Regionen zur Klimatisierung von Räumen eingesetzt, in denen die gemittelten Temperaturwerte nicht übermäßig hoch sind, so dass die Umgebungstemperatur, bzw. Außentemperatur in den meisten Fällen geeignete Betriebsbedingungen für die
Sorptionskältemaschinen ermöglicht und zudem lediglich eine geringe Kühlleistung für eine als angenehm empfundene
Klimatisierung der Räumlichkeiten erforderlich ist. Die für den Betrieb der Sorptionskältemaschinen erforderliche
Energie sollte beispielsweise über Umweltenergien
(Solarenergie, geothermische Energie) oder durch Abwärme zur Verfügung gestellt werden. Die Klimatisierung geschlossener Räumlichkeiten ist
allerdings in heißen Regionen mit hohen gemittelten
Tagestemperaturen von besonderem Interesse, zumal aufgrund der hohen Sonneneinstrahlung Solarenergie in ausreichender Menge kostengünstig zur Verfügung steht, die für einen Betrieb einer Sorptionskältemaschine eingesetzt werden kann .
Um eine ausreichend effiziente Adsorption des Kältemittels gewährleisten zu können ist üblicherweise eine Kühlung des Sorptionsmittels erforderlich. Ab einer Umgebungstemperatur von mehr als 3O0C ist es allerdings oftmals nicht mehr möglich, die für einen effizienten Betrieb der
Adsorptionskältemaschine erforderliche Kühlung der
einzelnen Komponenten mit einer Konvektionsströmung oder künstlich erzeugten Beströmung mit Umgebungsluft
herbeizuführen. In diesen Fällen kann eine
Verdunstungskühlung zum Einsatz kommen, die ohne größeren apparativen Aufwand bewerkstelligt werden kann.
Beispielsweise durch ein Besprühen der zu kühlenden
Oberflächen und Komponenten mit Wasser wird
Verdunstungskälte erzeugt und ein Betrieb der
Adsorptionskältemaschine auch bei hohen Umgebungstemperaturen ermöglicht. In gleicher Weise können Verdunstungskühlungen oder andere Kühlprozesse, bei denen Wasser oder ein anderes flüssiges Kältemittel verdampft, bzw. verdunstet, zur ausschließlichen oder unterstützenden Kühlung bei beliebigen Kältemaschinen eingesetzt werden, die beispielsweise auf der Verwendung von einem oder mehreren Wärmetauschern basieren.
Das zur Kühlung verwendete und dabei verdunstete Wasser erhöht den Feuchtegehalt in der Umgebung der zu kühlenden Oberflächen und Komponenten und wird üblicherweise mit der Abluft abgeführt . Die Verdunstungskühlung bedingt
demzufolge einen kontinuierlichen Wasserverbrauch. Gerade in heißen und deshalb oftmals wasserarmen Regionen ist ein kontinuierlicher Wasserverbrauch jedoch unwirtschaftlich und sollte möglichst vermieden werden.
Der Feuchtegehalt der Abluft ist regelmäßig zu gering, um ohne eine erneute aufwendige und energieintensive Kühlung der Abluft eine nennenswerte Kondensation und damit eine Rückgewinnung der in der Abluft mitgeführten verdunsteten Flüssigkeit zu ermöglichen. Eine aktive Kühlung der
feuchten Abluft ist jedoch ebenso wie zwischengeschaltete Prozessschritte mit erheblichem Über- oder Unterdruck unwirtschaftlich und mit einem erhöhten Aufwand in der Herstellung, Montage und in dem Betrieb derartiger
Vorrichtungen verbunden.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zur Rückgewinnung einer
verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom so
auszugestalten, dass zumindest ein Teil der verdampften Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge auch bei hohen
Umgebungstemperaturen von 3O0C oder mehr zurückgewonnen werden kann, ohne dass mit hohem energetischen Aufwand eine übermäßige Kühlwirkung oder Druckveränderung erzeugt werden muss, um eine Kondensation und Rückgewinnung der
verdampften Flüssigkeit bewirken zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge in eine zweite Luftmenge übertragen wird, wobei die zweite
Luftmenge kleiner als die erste Luftmenge ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge in einem Sorptionsmittel sorbiert und anschließend in einer zweiten Luftmenge wieder desorbiert wird, wobei die zweite Luftmenge kleiner als die erste
Luftmenge ist. An Stelle einer Adsorption können auch eine Absorption der Flüssigkeit und deren anschließende
Desorption erfolgen. Als Sorptionsmittel kann jedes Material verwendet werden, dass dazu geeignet ist, Wasser oder Wasserdampf in
ausreichender Menge aufzunehmen und abzuspeichern, um anschließend die aufgenommene Wassermenge wieder abgeben zu können. Es kann sich beispielsweise um poröse Materialien mit einem großen Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen handeln. Als Sorptionsmittel können auch geeignete
Kunststoffmaterialien oder aber Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine geeignete Erhöhung der Taupunkttemperatur eine
Kondensatbildung begünstigt wird und bei geeigneten Bedingungen bereits bei einer Abkühlung auf die
Umgebungstemperatur eine nennenswerte Kondensatbildung und damit einer Rückgewinnung der in der Luftmenge enthaltenen Feuchte erzwungen werden kann.
Da die Taupunkttemperatur für einen vorgegebenen Luftdruck maßgeblich von der in der Luftmenge insgesamt enthaltenen Feuchtigkeit, bzw. der in der Luftmenge enthaltenen
Wassermenge abhängig ist, kann die Taupunkttemperatur in einfacher Weise dadurch erhöht werden, dass für eine
Desorption der in dem Sorptionsmittel sorbierten
Flüssigkeitsmenge eine deutlich geringere Luftmenge als bei der Sorption der gleichen Flüssigkeitsmenge aus der dadurch getrockneten Luftmenge verwendet wird. Wenn der
Feuchtegehalt in der zweiten Luftmenge ausreichend hoch und die davon abhängige Taupunkttemperatur oberhalb der
Umgebungstemperatur ist, kann durch eine Abkühlung der zweiten Luftmenge auf die Umgebungstemperatur ein großer Anteil des Feuchtegehalts der zweiten Luftmenge zum
Kondensieren gebracht werden.
Das vorangehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf eine Verwendung im Zusammenhang mit einer
Klimatisierung oder Kühlung beschränkt. Vielmehr lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch beispielsweise Trinkwasser aus der Umgebungsluft gewinnen, indem die in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit auskondensiert wird . Für gewöhnlich erfolgt die Gewinnung von Trinkwasser über die Förderung von Grund- oder Oberflächenwasser oder über die Entsalzung von Meerwasser. In trocken-heißen Regionen kann keine nennenswerte Grundwasserförderung stattfinden und mangels Niederschlägen ist eine effiziente Sammlung und Nutzung von Oberflächenwasser kaum realisierbar. Eine
Meerwasserentsalzung setzt notwendigerweise einen Zugang zur Meeresküste voraus, der in vielen Ländern und Regionen nicht gegeben ist.
Im Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in trocken-heißen Regionen aus der Umgebungsluft Feuchtigkeit entziehen und Wasser kondensieren, ohne dass eine energieintensive
Temperaturabsenkung oder eine Druckerhöhung der
Umgebungsluft vorgenommen werden muss, die ein derartiges Verfahren unwirtschaftlich werden lassen.
Um der Umgebungsluft Wasserdampf zu entziehen und
Trinkwasser zu gewinnen kann beispielsweise Umgebungsluft angesaugt, in einem Sorptionsmittel entfeuchtet und
anschließend wieder abgegeben werden. In einem
Prozessluftkreislauf wird ein Luftstrom umgewälzt, dessen Temperatur und absoluter Feuchtigkeitsgehalt in
Abhängigkeit von der Außentemperatur so vorgegeben wird, dass die von einer ersten, großen Menge an Umgebungsluft in dem Sorptionsmittel deponierte Feuchtigkeit von einer erwärmten zweiten, kleinen Luftmenge in dem
Prozessluftkreislauf aufgenommen werden kann. Anschließend wird die zweite Luftmenge in dem Prozessluftkreislauf wieder abgekühlt, so dass die darin enthaltene Feuchtigkeit zu einem großen Anteil auskondensiert und als Trinkwasser gesammelt werden kann. Im Gegensatz zu den bereits bekannten Verfahren, bei denen die Umgebungsluft abgekühlt oder komprimiert wird, um die darin enthaltene Feuchtigkeit zum Kondensieren zu bringen, wird die Feuchtigkeit in eine zweite, vorkonditionierte Luftmenge übertragen, die ein wesentlich effizienteres Auskondensieren der in diese Luftmenge überführten
Feuchtigkeit ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die erste
Luftmenge und die zweite Luftmenge einen gleichen Luftdruck aufweisen. Dieser Luftdruck entspricht im Wesentlichen dem Luftdruck der Umgebungsluft, bzw. dem vor Ort
vorherrschenden Luftdruck unter Normalbedingungen. Eine künstliche Änderung des Luftdrucks und die dafür
gegebenenfalls erforderliche Vakuumerzeugung sind nicht notwendig. Der Aufwand für die Herstellung und den Betrieb einer druckfesten und bei Unterdruck oder Überdruck
arbeitenden Vorrichtung zur Rückgewinnung der Flüssigkeit ist nicht erforderlich und kann eingespart werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zweite Luftmenge bei einer Desorption einer vorgebbaren Flüssigkeitsmenge aus dem Sorptionsmittel kleiner als eine Grenzluftmenge ist, deren Taupunkttemperatur nach einer Aufnahme der
desorbierten Flüssigkeitsmenge einer vorgebbaren
Mindesttemperatur entspricht. In einem ersten Schritt kann vorgegeben werden, welche Flüssigkeitsmenge der ersten Luftmenge entzogen werden soll, die zunächst in dem
Sorptionsmittel sorbiert und anschließend durch Desorption der zweiten Luftmenge zugeführt wird. Die Menge der zweiten Luftmenge wird dann zweckmäßigerweise so vorgegeben, dass die nach der Desorption zugeführte Flüssigkeitsmenge durch eine geeignete Erhöhung der Taupunkttemperatur der zweiten Luftmenge bei einer anschließenden Kühlung dieser zweiten Luftmenge auf die Umgebungstemperatur weitgehend wieder auskondensiert und rückgewonnen werden kann. Die
Taupunkttemperatur ergibt sich aus der Menge der zweiten Luftmenge und der darin aufgenommenen Feuchtigkeit.
Um einen effizienten Betrieb der Adsorptionskältemaschine und eine weitgehende Rückgewinnung des zur Kühlung
verwendeten Kühlwassers zu ermöglichen ist es zweckmäßig, dass die vorgebbare Taupunkttemperatur höher als eine
Außentemperatur bei üblichen Betriebsbedingungen ist. Die Taupunkttemperatur sollte höher als die Umgebungstemperatur sein, die zur Kühlung der zweiten Luftmenge verwendet wird, die für den Desorptionsvorgang auf üblicherweise 750C und mehr erhitzt wurde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass nach der
Desorption der in dem Sorptionsmittel gespeicherten
Flüssigkeit die zweite Luftmenge einem Wärmetauscher zugeführt wird, der die zweite Luftmenge abkühlt. Die während des Abkühlens der zweiten Luftmenge anfallende Kondensatmenge kann gesammelt und erneut zum Beispiel zur Verdunstungskühlung verwendet werden. Die
Verdunstungskühlung kann auch gegebenenfalls das
Sorptionsmittel umfassen, da sich das Sorptionsmittel bei einer Adsorption von Wasser erwärmt und eine übermäßige Erwärmung des Sorptionsmittels vermieden werden sollte. Um einen Wasserverlust, bzw. Verbrauch an Kühlflüssigkeit zu vermindern kann vorgesehen sein, dass die zweite
Luftmenge in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird. Ein Wasserverlust kann weitgehend oder vollständig dadurch verhindert werden, dass die erste Luftmenge ebenfalls in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird und die
Verdunstungskühlung innerhalb dieses Kreislaufs erfolgt. Es ist ebenso möglich und unter bestimmten Voraussetzungen zweckmäßig, dass eine oder beide Luftmengen offen und nicht in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden.
Um aus der Umgebungsluft Trinkwasser gewinnen zu können ist vorgesehen, dass die erste Luftmenge aus der Umgebungsluft angesaugt wird. Die erste Luftmenge wird nicht in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt, um eine Kühlung einer aus der Umgebung angesaugten Klimatisierungsluft zu
ermöglichen, sondern kontinuierlich aus der Umgebungsluft entnommen, um deren Feuchtigkeit zumindest teilweise zu kondensieren und auf diese Weise mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren effizient Trinkwasser gewinnen zu können .
Um einen möglichst hohen Feuchtigkeitsanteil aus der
Umgebungsluft in das Sorptionsmittel überführen zu können ist vorgesehen, dass die erste Luftmenge abgekühlt wird, bevor die darin enthaltene Feuchtigkeit in einem
Sorptionsmittel sorbiert und anschließend in einer zweiten Luftmenge wieder desorbiert wird. Die Abkühlung kann über einen Wärmetauscher oder aber beispielsweise auf natürliche Weise durch Durchströmen eines Erdtunnels oder dergleichen erfolgen . Die in das Sorptionsmittel überführte Feuchtigkeit wird mittels einer zweiten, in geeigneter Weise
vorkonditionierten Luftmenge aus dem Sorptionsmittel desorbiert, wobei vorzugsweise die Taupunkttemperatur der zweiten Luftmenge nach der Aufnahme der Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel deutlich oberhalb der Umgebungsluft liegt. Durch eine anschließende Abkühlung der zweiten Luftmenge wird die darin enthaltene Feuchtigkeit zu einem großen Anteil kondensiert und kann gesammelt werden, um gegebenenfalls aufbereitet und als Trinkwasser oder
Nutzwasser zur Verfügung gestellt zu werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens zur Rückgewinnung einer verdampften Flüssigkeit aus einem
Luftstrom, wobei die verdampfte Flüssigkeit in einem
Sorptionsmittel adsorbiert und anschließend wieder
desorbiert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Behälter mit mehreren drehbar gelagerten Kammern aufweist, die mit dem Sorptionsmittel befüllt sind und von einem Luftstrom durchströmt werden können. Durch die Verwendung eines Behälters mit drehbar gelagerten, von einem Luftstrom durchströmbaren Sorptionskammern können ein Adsorptionsvorgang einer ersten Luftmenge in einer Kammer auf einer Seite des Behälters und gleichzeitig ein
Desorptionsvorgang in einer zweiten Luftmenge in einer Kammer auf einer anderen, vorzugsweise entgegengesetzten Seite des Behälters durchgeführt werden. Auf diese Weise sind ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung und damit eine kontinuierliche Rückgewinnung der aus der ersten Luftmenge adsorbierten Feuchtigkeit möglich. In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Luftströmungsführung aufweist, die einen geschlossenen Kreislauf bildet und eine Luftströmung durch mindestens eine Kammer des Behälters und anschließend durch einen Wärmetauscher hindurch führt. Die
Luftströmungsführung kann ein Strömungskanal sein, dessen Verlauf an die räumlichen Gegebenheiten angepasst ist.
Um eine Sammlung, Zwischenspeicherung und Bereitstellung der zurückgewonnenen Flüssigkeit zu erleichtern ist
vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Sammeleinrichtung für die aus der zweiten Luftmenge auskondensierende Flüssigkeit aufweist . Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der Behälter ringförmig angeordnete, drehbar gelagerte Kammern aufweist, die mit einem Sorptionsmittel befüllt sind und
Einströmungsöffnungen sowie beabstandet angeordnete
Ausströmungsöffnungen für eine Luftströmung aufweisen. Die ringförmig angeordneten Kammern können in radialer Richtung angeordnete Einströmungs- und Ausströmungsöffnungen
aufweisen, die in Einströmungsbereiche, bzw. in
Ausströmungsbereiche der zugeordneten Luftströmungsführung münden. Zusätzlich zu einer Luftströmungsführung für die zweite Luftmenge kann auch eine Luftströmungsführung für die erste Luftmenge einen geschlossenen Kreislauf bilden und gleichzeitig eine Durchströmung beabstandet
angeordneter Kammern des Behälters ermöglichen. Nachfolgend werden Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrensablaufs einer Kältemaschine zur
Klimatisierung von Räumlichkeiten, bei der eine
Verdunstungskühlung eingesetzt wird und das versprühte Kühlwasser in einem zweiten Kreislauf wieder rückgewonnen wird,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Behälters mit drehbar gelagerten Sorptionskammern, Fig. 3 den in Fig. 2 abgebildeten Behälter in verkleinerter und auseinandergezogener Darstellung und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrensablaufs zur Trinkwassergewinnung aus
Umgebungsluft.
Die in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellte
Kältemaschine 1 kühlt über einen ersten Wärmetauscher 2 einen aus der Umgebung angesaugten und einströmenden
Zuluftstrom 3 ab. Mit einem vorgeschalteten zweiten
Wärmetauscher 4 wird eine Vorkonditionierung des
Zuluftstroms 3 bewirkt, wobei üblicherweise sowohl eine Abkühlung als auch eine Trocknung des Zuluftstroms 3 für die Vorkonditionierung in Betracht kommen. Durch einen in dem ersten Wärmetauscher 2 durchgeführten Abkühlungsprozess wird die Zuluft des Zuluftstroms 3 auf die gewünschte
Zulufttemperatur abgekühlt. Die Zuluft wird anschließend den zu klimatisierenden Räumlichkeiten 5 zugeführt und als Abluftstrom 6 wieder abgeführt.
Um einen effektiven Betrieb der Kältemaschine zu
ermöglichen muss das in den Wärmetauscher 2 einströmende Kältemittel, ein im Wesentlichen bei Umgebungsluftdruck strömender Kühlluftstrom 7, mittels einer
Verdunstungskühlung 8 gekühlt werden. Über die
Verdunstungskühlung 8 wird demineralisiertes Kühlwasser an den Kühlluftstrom 7 abgegeben, so dass es zu einer
adiabaten Verdunstung des Kühlwassers in dem Kühlluftstrom 7 kommt, weshalb die Feuchte des Kühlluftstroms 7 ansteigt und dessen Temperatur abfällt. Der Kühlluftstrom 7 wird in einem geschlossenen Kreislauf durch einen im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 näher erläuterten Behälter 9 geführt, der mit einem
Sorptionsmittel 10 befüllte Kammern 11 aufweist, die drehbar gelagert sind. Die Kammern 11 sind ringförmig angeordnet und miteinander verbunden, so dass die Kammern 11 einen drehbar gelagerten Kammerring 12 bilden, der im Wesentlichen vollständig mit dem Sorptionsmittel 10 befüllt ist. Sowohl innerhalb des Kammerrings 12 als auch außerhalb des Kammerrings 12 sind kreissegmentförmige Zuführungs- und Abführungskammern 13 konzentrisch angeordnet, die an den Kreislauf des Kühlluftstroms 7 angeschlossen sind. Sowohl die einzelnen Kammern 11 als auch die Zuführungs- und
Abführungskammern 13 weisen Einströmungs- und
Ausströmungsöffnungen 14 auf, die es dem Kühlluftstrom 7 ermöglichen, von einer Zuführungskammer 13 durch die mit Sorptionsmittel 10 befüllten Kammern 11 hindurch in die zugeordnete Abführungskammer 13 zu strömen. Die Strömungsrichtung der Kühlluftströmung 7 kann dabei beliebig vorgegeben werden, so dass der Kühlluftstrom 7 entweder von innen nach außen oder von außen nach innen durch die Kammern 11 strömt. Die den Kammerring 12
umgebenden Kammern 13 sind je nach Strömungsrichtung der durchströmenden Luftströmung entweder Zuführungskammern 13 oder Abführungskammern 13.
Die Ringkammer 12 ist drehbar zwischen den räumlich
festgelegten Zuführungs- und Abführungskammern 13 gelagert und kann motorisch angetrieben und in eine kontinuierliche oder intervallartige Rotationsbewegung versetzt werden. Um die Ringkammer 12 sind jeweils zwei Zuführungskammern 13 und zwei zugeordnete Abführungskammern 13 angeordnet, so dass ein erster Luftstrom, beispielsweise der Kühlluftstrom 7, und ein zweiter Luftstrom gleichzeitig durch
verschiedene Kammern 11 strömen können. Während in einigen Kammern 11 eine Sorption von Feuchtigkeit aus dem
Kühlluftstrom 7 stattfindet, kann in gegenüberliegenden Kammern 11 bereits eine Desorption der in dem
Sorptionsmittel 10 gespeicherten Feuchtigkeit erfolgen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine exemplarische Schnittansicht des Behälters 9. Der Behälter 9 kann eine zylindrische Formgebung aufweisen und eine nahezu beliebige Länge aufweisen, so dass die Menge des durchströmbaren
Sorptionsmittels 10 ebenfalls nahezu beliebig vorgegeben und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Durch die Anordnung und Ausgestaltung der Einströmungs- und Ausströmungsöffnungen 14 kann sichergestellt werden, dass während der Rotationsbewegung des Kammerrings 12 zwischen den Zuführungs- und Abführungskammern 13 zu jedem Zeitpunkt ein im Wesentlichen gleichbleibender freier
Strömungsquerschnitt gewährleistet werden kann, so dass es während des Betriebs nicht zu merklichen Druckschwankungen kommen muss .
Zusätzlich zu dem Kühlluftstrom 7 wird ein
Desorptionsluftstrom 15 durch den Behälter 9 geführt. In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung beispielhaft eine
gleichzeitige Durchströmung des Behälters 9 mit dem
Kühlluftstrom 7 und mit dem Desorptionsluftstrom 15 angedeutet .
Der erwärmte Desorptionsluftstrom 15 nimmt bei dem
Durchströmen der mit Sorptionsmittel 10 befüllten Kammern 11 die darin gespeicherte Feuchtigkeit auf. Der
Volumenstrom des Desorptionsluftstroms 15 ist geringer als der Volumenstrom des Kühlluftstroms 7. Untersuchungen haben ergeben, dass beispielsweise ein Faktor 10 zwischen den beiden Volumenströmen geeignet ist, wobei davon ausgegangen wird, dass unabhängig von dem jeweiligen Volumenstrom die pro Zeiteinheit erfolgende Sorption von Feuchtigkeit bzw. die anschließende Desorption von Feuchtigkeit in, bzw. aus dem Sorptionsmittel 10 näherungsweise konstant ist. Auf Grund des geringeren Volumenstroms des
Desorptionsluftstroms 15 nimmt eine entsprechend geringere zweite Luftmenge des Desoptionsluftstroms 15 die gleiche Flüssigkeitsmenge, bzw. Wasserdampfmenge auf, die vorher von einer größeren ersten Luftmenge des Kühlluftstroms 7 in das Sorptionsmittel 10 eingebracht wurde. Der absolute Feuchtegehalt der zweiten Luftmenge ist demzufolge
erheblich größer, so dass deren Taupunkttemperatur höher als die Taupunkttemperatur des Kühlluftstroms 7 ist. Bei einer geeigneten Ausgestaltung der Volumenströme sowie des Behälters 9 kann erreicht werden, dass die
Taupunkttemperatur des Desorptionsluftstroms 15 über der Umgebungstemperatur liegt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt muss lediglich der mit Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel 10 angereicherte Desorptionsluftstrom 15 durch einen Wärmetauscher 16 geführt und unter die Taupunkttemperatur abgekühlt werden, um eine Kondensation der in dem Desorptionsluftstrom 15 enthaltenen Feuchtigkeit und damit eine Rückgewinnung der in dem Desorptionsluftstrom 15 mitgeführten Flüssigkeit zu ermöglichen. Die ausgeschiedene Flüssigkeit kann gesammelt und wieder der Verdunstungskühlung 8 zugeführt werden.
Die für die notwendigen Wärmezuführungen und
Strömungserzeugungseinrichtungen erforderliche Energie kann über eine Solaranlage 17 erzeugt und den jeweiligen
Energieverbrauchern zugeführt werden. Die Kältemaschine 1 kann demzufolge ohne Wasserverbrauch ausschließlich mit
Solarenergie betrieben werden und eine kostengünstige und wirtschaftlich sinnvolle Klimatisierung von Räumlichkeiten 5 auch in heißen Regionen ermöglichen. Es ist ebenfalls denkbar, die vorangehend beschriebene
Rückgewinnung von Feuchtigkeit aus einer Luftströmung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salzwasser, bzw. Meerwasser zu verwenden. Der in einer Luftströmung enthaltene, durch Verdampfung, bzw. Verdunstung von Salzwasser erzeugte
Wasserdampf kann in eine zweite Luftströmung übertragen werden, deren Taupunkttemperatur wesentlich höher liegt und eine wirtschaftlich sinnvolle Abscheidung des Wassers, bzw. Auskondensierung erlaubt.
Ein exemplarischer Verfahrensablauf zur Gewinnung von
Trinkwasser aus der Umgebungsluft ist in Fig. 4
dargestellt. Aus der Umgebung 18 wird Umgebungsluft mittels eines Ventilators 19 angesaugt. Die Umgebungsluft weist beispielsweise eine Temperatur von 45 0C und eine relative Feuchte von 15% auf, so dass in der Umgebungsluft etwa 9 g/kg verdampftes Wasser enthalten sind. Die Umgebungsluft wird zunächst in einer Kühlvorrichtung 20 beispielsweise auf 280C abgekühlt und anschließend durch den Behälter 9 geführt, der in mehreren Kammern 11 das Sorptionsmittel 10 enthält. Ein Anteil der in der Umgebungsluft enthaltenen Feuchtigkeit wird in dem Sorptionsmittel 10 aufgenommen und gespeichert. Bei Verwendung geeigneter Sorptionsmittel kann der zuvor auf 28 0C abgekühlten Umgebungsluft etwa 7,6 g/kg Wasser entzogen werden. Die entfeuchtete und dabei
gleichzeitig erwärmte Umgebungsluft wird wieder der
Umgebung zugeführt.
In einem geschlossenen Kreislauf 21 wird ein
Prozessluftstrom 22 umgewälzt. Der Prozessluftstrom 22 wird über eine Solarkollektorenanordnung 23 erwärmt, um
anschließend bei einer Temperatur von beispielsweise 75 0C und einer relativen Feuchte von 33% durch den Behälter 9 zu strömen und die darin gespeicherte Feuchtigkeit
aufzunehmen. Die relative Feuchte des Prozessluftstroms 22 steigt dabei beispielsweise auf 74%, so dass der
Prozessluftstrom 22 etwa 153 g/kg Wasser aufgenommen hat. Jedes Kilogramm der Prozessluft kann demzufolge diejenige Wassermenge aufnehmen, die von etwa 20 Kilogramm
Umgebungsluft in das Sorptionsmittel übertragen und dort gespeichert werden. Dies bedeutet, dass das erste
Luftvolumen etwa das zwanzigfache Volumen des zweiten
Luftvolumens beträgt.
In einem anschließenden Verfahrensschritt wird der
Prozessluftstrom 22 durch einen Wärmetauscher 16 geführt und über die ebenfalls mittels eines Ventilators 19 angesaugte Umgebungsluft 18 mit einer Temperatur von 45 0C auf beispielsweise 51 0C abgekühlt. Dabei steigt zunächst die relative Feuchte auf 100% und anschließend kondensiert ein Anteil der in dem Prozessluftstrom 22 enthaltenen
Feuchtigkeit aus. Bei den vorangehend geschilderten
beispielhaften Temperatur- und Feuchtigkeitswerten werden bei einer Abkühlung des Prozessluftstroms 22 auf 51 0C etwa 153 g/kg Wasser auskondensiert. Diese Wassermenge kann über einen Ablauf 24 aus dem Prozessluftstrom 22 abgeführt und gesammelt werden, um Trinkwasser oder Nutzwasser zur
Verfügung zu stellen, das aus der Umgebungsluft gewonnen wurde. Die für den Betrieb der Ventilatoren 19 und der Erwärmung des Prozessluftstroms 22 benötigte Energie kann über Photovoltaikanlagen, bzw. über Solarkollektoranlagen 23 gewonnen werden, so dass insbesondere in trocken-heißen Regionen eine effiziente Trinkwassergewinnung aus der
Umgebungsluft möglich ist.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung einer verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Rückgewinnung einer verdampften
Flüssigkeit aus einem Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge in eine zweite Luftmenge übertragen wird, wobei die zweite Luftmenge kleiner als die erste Luftmenge ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampfte Flüssigkeit aus einer ersten Luftmenge in einem Sorptionsmittel sorbiert und anschließend in einer zweiten Luftmenge wieder desorbiert wird, wobei die zweite Luftmenge kleiner als die erste Luftmenge ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftmenge und die zweite Luftmenge einen gleichen Luftdruck aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck im Wesentlichen dem Luftdruck der
Umgebungsluft entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Luftmenge bei einer Desorption einer vorgebbaren Flüssigkeitsmenge aus dem Sorptionsmittel kleiner als eine Grenzluftmenge ist, deren Taupunkttemperatur nach einer Aufnahme der desorbierten Flüssigkeitsmenge einer vorgebbaren Mindesttemperatur entspricht .
6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare
Taupunkttemperatur der zweiten Luftmenge größer als eine Außentemperatur bei üblichen Betriebsbedingungen ist.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Luftmenge in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftmenge in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird und die
Verdunstungskühlung innerhalb dieses Kreislaufs erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftmenge aus der
Umgebungsluft angesaugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftmenge abgekühlt wird, bevor die darin
enthaltene Feuchtigkeit in einem Sorptionsmittel sorbiert und anschließend in einer zweiten Luftmenge wieder
desorbiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die aus der zweiten Luftmenge
auskondensierte Flüssigkeit gesammelt und abgeführt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des vorangehend
beschriebenen Verfahrens zur Rückgewinnung einer
verdampften Flüssigkeit aus einem Luftstrom, wobei die verdampfte Flüssigkeit in einem Sorptionsmittel adsorbiert und anschließend wieder desorbiert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Behälter mit mehreren drehbar gelagerten Kammern aufweist, die mit dem Sorptionsmittel befüllt sind und von einem Luftstrom durchströmt werden können.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur
Luftströmungsführung aufweist, die einen geschlossenen Kreislauf bildet und eine Luftströmung durch mindestens eine Kammer des Behälters und anschließend durch einen Wärmetauscher hindurch führt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Sammeleinrichtung für die aus der zweiten Luftmenge auskondensierende
Flüssigkeit aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ringförmig angeordnete, drehbar gelagerte Kammern aufweist, die mit einem
Sorptionsmittel befüllt sind und Einströmungsöffnungen sowie beabstandet angeordnete Ausströmungsöffnungen für eine Luftströmung aufweisen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3020647A1 (de) * 1979-05-31 1980-12-11 Daikin Ind Ltd Entfeuchtungs- und desodorierungsvorrichtung
JPS6042876B2 (ja) * 1980-08-25 1985-09-25 松下電器産業株式会社 複合熱交換装置
DE3371247D1 (en) * 1982-11-04 1987-06-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat exchanger
JP4241944B2 (ja) * 1996-10-30 2009-03-18 パナソニックエコシステムズ株式会社 除湿素子および除湿装置
JP3948248B2 (ja) * 2001-10-29 2007-07-25 ダイキン工業株式会社 吸着ロータ及びそれを用いた吸着装置
JP3874187B2 (ja) * 2003-01-07 2007-01-31 東洋紡績株式会社 除湿エレメントおよび除湿装置
JP2005055049A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Seibu Giken Co Ltd 除湿空調装置
JP2005058937A (ja) * 2003-08-18 2005-03-10 Seibu Giken Co Ltd 吸着式除湿機

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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