CZ2021284A3 - Equipment for obtaining water from the air - Google Patents
Equipment for obtaining water from the air Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2021284A3 CZ2021284A3 CZ2021284A CZ2021284A CZ2021284A3 CZ 2021284 A3 CZ2021284 A3 CZ 2021284A3 CZ 2021284 A CZ2021284 A CZ 2021284A CZ 2021284 A CZ2021284 A CZ 2021284A CZ 2021284 A3 CZ2021284 A3 CZ 2021284A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- air
- heater
- peltier cell
- outlet
- cooler
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0033—Other features
- B01D5/0042—Thermo-electric condensing; using Peltier-effect
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
- E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Public Health (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
Zařízení pro získávání vody ze vzduchu obsahuje prvek (8) pro sběr kondenzované vody a pouzdro (9), které má vstupní otvor (10) pro vstup vzduchu a výstupní otvor (11) pro výstup vzduchu. Kdekoli v pouzdře (9) je umístěno zařízení (1) pro dopravu vzduchu. Ve směru od vstupního otvoru (10) k výstupnímu otvoru (11) jsou v pouzdře (9) řazeny v následujícím pořadí vstupní ohřívač (2), sorpční výměník (3) a chladič (4). Zařízení dále obsahuje alespoň jeden Peltierův článek (6) a výstupní ohřívač (5) umístěný mezi chladičem (4) a výstupním otvorem (11), přičemž chladič (4) je tepelně vodivě propojen s chladnou stranou (6.1) Peltierova článku (6) a výstupní ohřívač (5) je tepelně vodivě propojen s teplou stranou (6.2) Peltierova článku (6).The device for obtaining water from air comprises an element (8) for collecting condensed water and a housing (9) which has an inlet opening (10) for air inlet and an outlet opening (11) for air outlet. An air transport device (1) is located anywhere in the housing (9). In the direction from the inlet opening (10) to the outlet opening (11), the inlet heater (2), the sorption exchanger (3) and the cooler (4) are arranged in the housing (9) in the following order. The device further comprises at least one Peltier cell (6) and an outlet heater (5) located between the cooler (4) and the outlet opening (11), the cooler (4) being thermally conductively connected to the cold side (6.1) of the Peltier cell (6) and the outlet heater (5) is thermally conductively connected to the hot side (6.2) of the Peltier cell (6).
Description
Zařízení pro získávání vody ze vzduchuEquipment for obtaining water from the air
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká zařízení pro získávání vody z okolního vzduchu, které se vyznačuje velikostí minimalizovanou do rozměrů běžné láhve na pití pro možnost přenášení jediným člověkem.The invention relates to a device for obtaining water from ambient air, which is characterized by a size minimized to the dimensions of a conventional drinking bottle for the possibility of being carried by a single person.
Dosavadní stav technikyState of the art
V současné době je pro získávání vody ze vzduchu na trhu k dispozici řada zařízení, která pracují na principu chlazení okolního vzduchu výměníkem s teplotou nižší, než je teplota rosného bodu, kdy se vodní pára ze vzduchu vylučuje na jeho povrchu ve formě kapiček vody. Nevýhodou takového řešení je, že v případě nízké měrné vlhkosti okolního vzduchu pod 5 g/kg suchého vzduchuje produkce vody velice nízká a zároveň energeticky náročná. Proto například v pouštních podmínkách konvenční jednotky pro produkci vody ze vzdušné vlhkosti pouhým chlazením pod rosný bod nefungují.At present, a number of devices are available on the market for obtaining water from the air, which operate on the principle of cooling the ambient air by an exchanger with a temperature lower than the dew point temperature, when water vapor from the air is excreted on its surface in the form of water droplets. The disadvantage of such a solution is that in the case of low specific humidity of the ambient air below 5 g / kg of dry air, water production is very low and at the same time energy-intensive. Therefore, for example, in desert conditions, conventional units for producing water from atmospheric moisture simply by cooling below the dew point do not work.
Proto je snaha vymyslet zařízení, které by bylo i v sušších podmínkách dostatečně efektivní. V malé míře se začínají objevovat zařízení, která využívají sorpčního materiálu pro navlhčení vzduchu před samotným ochlazením pod teplotu rosného bodu. Nevýhodou dosud známých zařízení tohoto typuje jednak poměrně velká energetická náročnost a jednak použití technologií chlazení, které neumožňují zmenšit takové zařízení do velikosti vhodné pro osobní použití.Therefore, the effort is to invent a device that would be sufficiently effective even in drier conditions. To a small extent, devices are beginning to appear which use sorbent material to humidify the air before cooling itself below the dew point temperature. The disadvantages of the hitherto known devices of this type are, on the one hand, the relatively high energy consumption and, on the other hand, the use of cooling technologies which do not make it possible to reduce such devices to a size suitable for personal use.
Zařízení podle přihlášky WO 2016/187709 AI pro získávání vody ze vzduchu využívá sorpčního systému pro odvlhčení a navlhčení venkovního vzduchu. Jsou zde popsány dvě hlavní provedení s desikačním kolem a se sorpčním materiálem v loži, který je ohříván ohřívačem. Nevýhodou zařízení v provedení se sorpčním materiálem v loži je, že produkuje vodu pouze při jednom průchodu vzduchu zařízením a k adsorpci vzdušné vlhkosti dochází při druhém průchodu vzduchu, což má negativní vliv na produkci vody. Pro ohřev sorpčního výměníku jsou v provedení s desikačním kolem i se sorpčním materiálem v loži použity externí zdroje, což vede k nárůstu rozměrů a není navržen žádný způsob, jak celé zařízení miniaturizovat. Navržené externí zdroje tepla jsou různé, od odpadního tepla z výfukových plynů po teplo ze solárních kolektorů. Nicméně není využit žádný systém pro rekuperací tepla v zařízení samotném. Z toho plyne vysoká energetická náročnost a velké rozměry. Teplo z chlazení přitom zůstává nevyužito, rovněž není popsána žádná rekuperace chladu. Proto je v přihlášce navrženo a popsáno jen jeho připojení na distribuční síť.The device according to the application WO 2016/187709 A1 for obtaining water from the air uses a sorption system for dehumidification and humidification of the outside air. Two main embodiments are described here with a desiccant wheel and with a sorption material in the bed, which is heated by a heater. A disadvantage of the device with the sorption material in the bed is that it produces water only in one pass of air through the device and the adsorption of air humidity occurs in the second pass of air, which has a negative effect on water production. External sources are used to heat the sorption exchanger in the version with the desiccant wheel as well as with the sorption material in the bed, which leads to an increase in dimensions and no way is proposed to miniaturize the entire device. The proposed external heat sources are different, from waste heat from exhaust gases to heat from solar collectors. However, no heat recovery system is used in the plant itself. This results in high energy consumption and large dimensions. The heat from the cooling remains unused, and no cold recovery is described. Therefore, only its connection to the distribution network is designed and described in the application.
Zařízení podle patentové přihlášky US 2006/0272344 AI využívá sorpčního systému na bázi sorpčního kola s tuhým desikantem s uzavřeným regeneračním okruhem. Pro regeneraci desikantu slouží pouze odpadní teplo ze spalovacího motoru mobilního zařízení a není uvažována žádná rekuperace tepla souvisejícího s provozem systému. Podobně jako výše je zde sorpční kolo, které spotřebovává elektrickou energii navíc, protože se musí přetáčet mezi dvěma polohami. Zařízení používá dva vzduchovody, což je nevýhodné jak rozměrově, tak i energeticky z hlediska spotřeby elektrické energie dvou sacích zařízení. Odvlhčený procesní vzduch vystupující ze sorpčního kola slouží jako zdroj chladu pro kondenzační výměník, kde je z navlhčeného vzduchu vysrážena vodní pára. Nevýhodou takového zařízení je, že může pracovat pouze v chladných nebo vlhkých oblastech, kde je teplota odvlhčeného procesního vzduchu dostatečně nízko pod teplotou rosného bodu navlhčeného vzduchu.The device according to patent application US 2006/0272344 A1 uses a sorption system based on a sorption wheel with a solid desiccant with a closed regeneration circuit. Only waste heat from the internal combustion engine of the mobile device is used to regenerate the desiccant and no heat recovery related to the operation of the system is considered. As above, there is a sorption wheel that consumes extra electricity because it has to rotate between two positions. The device uses two air ducts, which is disadvantageous both in terms of dimensions and energy in terms of electricity consumption of the two suction devices. The dehumidified process air leaving the sorption wheel serves as a source of cold for the condensing exchanger, where water vapor is precipitated from the humidified air. The disadvantage of such a device is that it can only operate in cold or humid areas where the temperature of the dehumidified process air is sufficiently low below the dew point temperature of the humidified air.
Zařízení podle patentu US 7601208 B2 využívá pro odnímání vlhkosti ze vzduchu kapalný desikant. Kapalný desikant rozstřikem odebírá vlhkost z proudu vzduchu. Dále se voda z roztoku desikantu odděluje vypařováním. Zdrojem tepla pro vypařování je odpadní teplo ze spalovacího motoru mobilního zařízení, v patentu není navržen žádný systém rekuperace tepla. Následně vodníThe device according to U.S. Pat. No. 7,601,208 B2 uses a liquid desiccant to remove moisture from the air. The liquid desiccant removes moisture from the air stream by spraying. Next, the water is separated from the desiccant solution by evaporation. The heat source for evaporation is waste heat from the internal combustion engine of the mobile device, no heat recovery system is proposed in the patent. Subsequently water
-1 CZ 2021 - 284 A3 pára kondenzuje ve výměníku, kde zdrojem chladu je nasávaný venkovní vzduch. Jasnou nevýhodu takového zařízení je, že pro kondenzaci vodní páry je potřeba, aby teplota okolního vzduchu byla dostatečně nízko pod teplotou rosného bodu a v chladiči došlo ke kondenzaci vody. Toto zařízení proto nemůže fungovat v pouštních podmínkách, kde jsou teploty okolního vzduchu zpravidla vysoké.-1 GB 2021 - 284 A3 steam condenses in the exchanger, where the source of cold is the intake outside air. A clear disadvantage of such a device is that the condensation of water vapor requires that the ambient air temperature be sufficiently low below the dew point temperature and that water condense in the cooler. Therefore, this device cannot operate in desert conditions where ambient air temperatures are generally high.
Zařízení podle patentové přihlášky US 2011/0296858 AI využívá desikační systém se sorpčním kolem s tuhým desikantem. Venkovní nasávaný vzduch prochází sorpčním kolem a vodní pára se adsorbuje na povrchu desikantu. Následně už odvlhčený vzduch se ohřívá v mikrovlnné komoře na vysokou teplotu aje veden zpátky do desikačního kola pro jeho regeneraci. Navlhčený vzduch přichází na chladič, kde vodní pára zkondenzuje. Z patentu není jasné, jakou výhodu má toto zařízení s desikačním kolem oproti klasickému kondenzačnímu zařízení, neboť zařízení pracuje se stejným průtokem procesního a regeneračního vzduchu, nedochází tedy ke zvýšení vlhkosti vzduchu před její kondenzací. Zařízení pracuje se stejnou účinností získávání vody ze vzduchu jako běžné kondenzační zařízení a v pouštních oblastech tedy s velmi nízkou účinností. Navíc je rozměrově i energeticky náročné.The device according to patent application US 2011/0296858 A1 uses a desiccation system with a sorption wheel with a solid desiccant. The outside intake air passes through the sorption wheel and water vapor is adsorbed on the desiccant surface. Subsequently, the already dehumidified air is heated in the microwave chamber to a high temperature and is led back to the desiccator wheel for its regeneration. Humidified air comes to the cooler, where water vapor condenses. It is not clear from the patent what advantage this device with a desiccant wheel has over a conventional condensing device, since the device works with the same flow of process and regeneration air, so there is no increase in air humidity before its condensation. The device works with the same efficiency of obtaining water from the air as conventional condensing devices and therefore with very low efficiency in desert areas. In addition, it is dimensionally and energy intensive.
Zařízení podle patentu CZ 307873 B6 využívá desikační systém se sorpčním kolem s tuhým desikantem. Zařízení je navrženo jako autonomní. Venkovní nasávaný vzduch prochází sorpčním kolem a vodní pára se adsorbuje na povrchu desikantu. Zařízení využívá chladívový okruh s kompresorem pro ohřev regeneračního vzduchu a pro ochlazení vzduchu pod rosný bod, a dále využívá zpětného získávání tepla, což je pro celkovou energetickou bilanci výhodné. Navlhčený vzduch přichází na chladič, kde vodní pára zkondenzuje. Zásadní nevýhodou zařízení je prostorová náročnost zařízení, která vyplývá z přítomnosti desikačního kola, dvou vzduchovodů a kompresorového chladicího zařízení, což omezuje možnosti, jak zařízení realizovat v kompaktním provedení.The device according to patent CZ 307873 B6 uses a desiccation system with a sorption wheel with a solid desiccant. The device is designed as autonomous. The outside intake air passes through the sorption wheel and water vapor is adsorbed on the desiccant surface. The device uses a refrigerant circuit with a compressor to heat the regeneration air and to cool the air below the dew point, and also uses heat recovery, which is advantageous for the overall energy balance. Humidified air comes to the cooler, where water vapor condenses. The main disadvantage of the device is the space requirement of the device, which results from the presence of the desiccator wheel, two air ducts and the compressor refrigeration device, which limits the possibilities of implementing the device in a compact design.
Zařízení podle patentové přihlášky US 2018/0043295 AI je plně autonomní a využívá desikační systém s dvěma sorpčními koly. V uzavřeném okruhu je ohříván regenerační vzduch ve vzduchovém solárním kolektoru, zároveň je vzduch opakovaně navlhčen dvěma desikačními koly. Po dosažení regenerační teploty začne kondenzovat vzdušná vlhkost na lamelách výměníku vzduch-vzduch, kde na druhé straně proudí okolní vzduch, který je zároveň využíván jako procesní. Nevýhodou takového zařízení je koncept dvou proudů vzduchu, tedy provozu dvou sacích zařízení a prostorově náročná přítomnost dvou vzduchovodů. Další nevýhodou je provoz dvou pohonů desikačních kol. Nevýhodná je rovněž absence chladivového okruhu a tím nízká produkce zkondenzované vody zejména v pouštním prostředí, kde je teplota okolního vzduchuje vyšší než teplota rosného bodu.The device according to patent application US 2018/0043295 A1 is fully autonomous and uses a desiccation system with two sorption wheels. In a closed circuit, the regeneration air is heated in an air solar collector, at the same time the air is repeatedly humidified by two desiccant wheels. After reaching the regeneration temperature, air humidity begins to condense on the fins of the air-air exchanger, where, on the other hand, ambient air flows, which is also used as process air. The disadvantage of such a device is the concept of two air streams, ie the operation of two suction devices and the space-consuming presence of two air ducts. Another disadvantage is the operation of two desiccator wheels. Also disadvantageous is the absence of a refrigerant circuit and thus the low production of condensed water, especially in a desert environment, where the ambient air temperature is higher than the dew point temperature.
Zařízení podle patentu CZ 308655 B6 využívá sorpčního výměníku s integrovaným ohřevem vzduchu, s rekuperací chladu pro snížení teploty na vstupu do chladiče. Pro chlazení vzduchu pod teplotu rosného bodu zařízení uvažuje chladivový okruh s kompresorem a přečerpaného tepla se využívá pro předehřev vzduchu na vstupu do sorpčního výměníku. Použití chladivového okruhu znemožňuje provést zařízení v kompaktním malém provedení pro osobní použití.The device according to patent CZ 308655 B6 uses a sorption exchanger with integrated air heating, with cold recovery to reduce the temperature at the inlet to the cooler. To cool the air below the dew point temperature of the device, a refrigerant circuit with a compressor is considered and the pumped heat is used to preheat the air at the inlet to the sorption exchanger. The use of a refrigerant circuit makes it impossible to make the device in a compact, small design for personal use.
Zařízení podle patentu CZ 308656 B6 využívá sorpčních výměníků s integrovaným ohřevem vzduchu s přepínáním směru proudění pro kontinuální provoz (současná adsorpce v jednom výměníku, desorpce ve druhém výměníku). Pro chlazení vzduchu pod teplotu rosného bodu zařízení se uvažuje chladivový okruh s kompresorem, což znemožňuje provést zařízení v kompaktním malém provedení pro osobní použití.The device according to patent CZ 308656 B6 uses sorption exchangers with integrated air heating with flow direction switching for continuous operation (simultaneous adsorption in one exchanger, desorption in the other exchanger). A refrigerant circuit with a compressor is considered for cooling the air below the dew point temperature of the device, which makes it impossible to make the device in a compact small design for personal use.
Nevýhodou některých uvedených řešení známých ze stavu techniky je tedy rozsah použití omezený buď pro oblasti s vysokou vlhkostí, nebo na oblasti s nízkou teplotou okolního vzduchu. V případě suchých teplých oblastí jako jsou pouště, vykazují některá ze zařízení nízkou produkci vody nebo vysokou náročnost na dodávku externí (neobnovítelně) energie. Zásadní nevýhodou použití všech uvedených principů je rozměrová náročnost vlivem použitých prvků jako sorpční kolo, dvaThus, the disadvantage of some of the above-mentioned solutions known from the prior art is the scope of application limited either to areas with high humidity or to areas with low ambient air temperature. In the case of dry warm areas such as deserts, some of the facilities show low water production or high demands on the supply of external (non-renewable) energy. The main disadvantage of using all the above principles is the dimensional complexity due to the elements used as a sorption wheel, two
- 2 CZ 2021 - 284 A3 vzduchovody nebo kompresorové chlazení, které znemožňuje provést zařízení v rozměru vhodném pro osobní použití, např. ve formě přenosné láhve na pití.- 2 EN 2021 - 284 A3 air ducts or compressor cooling which makes it impossible to carry out the equipment in a size suitable for personal use, eg in the form of a portable drinking bottle.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro získávání vody ze vzduchu dle předkládaného vynálezu, které na rozdíl od zařízení známých ze stavu techniky umožňuje dosažení velmi malých rozměrů. Pouzdro, v němž je zařízení uloženo, může být velikosti lahve na pití, a to při zachování nízké energetické náročnosti. Velkou výhodou je, že zařízení dle předkládaného vynálezu je snadno přenosné jedním člověkem.These disadvantages are eliminated by the device for obtaining water from the air according to the present invention, which, in contrast to the devices known from the prior art, allows to achieve very small dimensions. The case in which the device is stored can be the size of a drinking bottle, while maintaining low energy consumption. The great advantage is that the device according to the present invention is easily portable by one person.
Zařízení pro získávání vody ze vzduchu obsahuje prvek pro sběr kondenzované vody a pouzdro, které má vstupní otvor pro vstup vzduchu a výstupní otvor pro výstup vzduchu, přičemž na kterémkoli místě v pouzdře je umístěno zařízení pro dopravu vzduchu. V pouzdře jsou také ve směru od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru řazeny v následujícím pořadí vstupní ohřívač, sorpční výměník a chladič. Zařízení dále obsahuje alespoň jeden Peltierův článek a výstupní ohřívač umístěný mezi chladičem a výstupním otvorem. Chladič je tepelně vodivě propojen s chladnou stranou Peltierova článku a výstupní ohřívač je tepelně vodivě propojen s teplou stranou Peltierova článku.The device for obtaining water from the air comprises a condensed water collecting element and a housing having an air inlet and an air outlet, and an air transport device is located at any point in the housing. The inlet heater, the sorption exchanger and the cooler are also arranged in the housing in the direction from the inlet opening to the outlet opening in the following order. The device further comprises at least one Peltier cell and an outlet heater located between the cooler and the outlet. The heatsink is thermally conductively connected to the cold side of the Peltier cell and the outlet heater is thermally conductively connected to the hot side of the Peltier cell.
V jednom možném provedení jsou chladič a chladná strana Peltierova článku tepelně vodivě propojeny pomocí alespoň jedné tepelné trubice.In one possible embodiment, the heat sink and the cold side of the Peltier cell are thermally conductively connected by means of at least one heat pipe.
V tomto provedení pak může být teplá strana Peltierova článku v přímém tepelném kontaktu s výstupním ohřívačem.In this embodiment, the hot side of the Peltier cell may then be in direct thermal contact with the outlet heater.
V jiném možném provedení jsou tepelně vodivě propojeny pomocí alespoň jedné tepelné trubice naopak výstupní ohřívač a teplá strana Peltierova článku.In another possible embodiment, on the other hand, the outlet heater and the hot side of the Peltier cell are thermally conductively connected by means of at least one heat pipe.
V tomto provedení pak může být chladná strana Peltierova článku v přímém tepelném kontaktu s chladičem.In this embodiment, the cold side of the Peltier cell may be in direct thermal contact with the heat sink.
Zařízení s výhodou obsahuje čidlo měrné vlhkosti umístěné mezi sorpčním výměníkem a chladičem.The device preferably comprises a specific humidity sensor located between the sorption exchanger and the cooler.
Je výhodné, když zařízení obsahuje řídicí jednotku a když vstupní ohřívač má spínač vstupního ohřívače a Peltierův článek má spínač Peltierova článku. Pro řízení sorpce a desorpce v sorpčním výměníku je čidlo měrné vlhkosti informačně propojeno s řídicí jednotkou a řídicí jednotka je informačně propojena se spínačem vstupního ohřívače i se spínačem Peltierova článku.It is advantageous if the device comprises a control unit and if the inlet heater has an inlet heater switch and the Peltier cell has a Peltier cell switch. To control the sorption and desorption in the sorption exchanger, the specific humidity sensor is informatively connected to the control unit and the control unit is informatively connected to the inlet heater switch as well as to the Peltier cell switch.
V jiném výhodném provedení zařízení rovněž obsahuje řídicí jednotku, ale vstupní ohřívač a Peltierův článek mají na rozdíl od předchozího provedení společný spínač pro současné spínání vstupního ohřívače i Peltierova článku. Pro řízení sorpce a desorpce v sorpčním výměníku je čidlo měrné vlhkosti přes řídicí jednotku informačně propojeno se společným spínačem.In another preferred embodiment, the device also comprises a control unit, but the input heater and the Peltier cell have, in contrast to the previous embodiment, a common switch for simultaneous switching of the input heater and the Peltier cell. To control the sorption and desorption in the sorption exchanger, the specific humidity sensor is connected to a common switch via a control unit.
Je výhodné, je-li pouzdro opatřeno tepelnou izolací.It is advantageous if the housing is provided with thermal insulation.
Vstupní otvor a/nebo výstupní otvor jsou s výhodou uzavíratelné.The inlet opening and / or the outlet opening are preferably closable.
Ve výhodném provedení je vstupním ohřívačem elektrické topné těleso, sorpční výměník obsahuje lamely opatřené povlakem, který je typicky ze zeolitu, a chladič a výstupní ohřívač jsou žebrové tepelné výměníky, které jsou typicky z hliníku.In a preferred embodiment, the inlet heater is an electric heater, the sorption exchanger comprises fins coated, which is typically zeolite, and the cooler and outlet heater are finned heat exchangers, which are typically aluminum.
-3CZ 2021 - 284 A3-3GB 2021 - 284 A3
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález je podrobně popsán na konkrétních výhodných provedeních pomocí přiložených výkresů. Ve všech výkresech je schematicky zakresleno celkové uspořádání zařízení pro získávání vody ze vzduchu v podélném řezu.The invention is described in detail in specific preferred embodiments with the aid of the accompanying drawings. In all the drawings, the overall arrangement of the device for obtaining water from the air in longitudinal section is schematically drawn.
Na obr. 1 je provedení, v němž je teplá strana Peltierova článku v přímém tepelném kontaktu s výstupním ohřívačem a chladná strana Peltierova článkuje propojena s chladičem pomocí tepelné trubice. Vstupní ohřívač a Peltierův článek mají oddělené spínače.Fig. 1 is an embodiment in which the hot side of the Peltier cell is in direct thermal contact with the outlet heater and the cold side of the Peltier cell is connected to the cooler by a heat pipe. The inlet heater and the Peltier cell have separate switches.
Na obr. 2 je provedení se stejným zapojením Peltierova článku jako v obr. 1, ale na rozdíl od obr. 1 mají vstupní ohřívač a Peltierův článek společný spínač.Fig. 2 shows an embodiment with the same Peltier cell connection as in Fig. 1, but unlike Fig. 1, the inlet heater and the Peltier cell have a common switch.
Na obr. 3 je provedení, v němž je chladná strana Peltierova článku v přímém tepelném kontaktu s chladičem a teplá strana Peltierova článkuje propojena s výstupním ohřívačem pomocí tepelné trubice. Vstupní ohřívač a Peltierův článek mají oddělené spínače.Fig. 3 is an embodiment in which the cold side of the Peltier cell is in direct thermal contact with the heat sink and the warm side of the Peltier cell is connected to the outlet heater by a heat pipe. The inlet heater and the Peltier cell have separate switches.
Na obr. 4 je provedení se stejným zapojením Peltierova článku jako v obr. 3, ale na rozdíl od obr. 3 mají vstupní ohřívač a Peltierův článek společný spínač.Fig. 4 shows an embodiment with the same Peltier cell connection as in Fig. 3, but unlike Fig. 3, the inlet heater and the Peltier cell have a common switch.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Níže popsaná výhodná provedení ukazují pouze některá z mnoha možných řešení, která spadají do ochrany vynálezu, a ilustrují vynálezeckou myšlenku. Jde pouze o vybraná jednoduchá uspořádání, která nijak neomezují rozsah ochrany vynálezu. Uvedená uspořádání lze doplnit i o další prvky.The preferred embodiments described below show only some of the many possible solutions which fall within the scope of the invention and illustrate the inventive idea. These are only selected simple arrangements which do not limit the scope of protection of the invention in any way. These arrangements can be supplemented by other elements.
Nejprve bude popsáno konstrukční uspořádání zařízení a pak jeho funkce.First, the structural arrangement of the device and then its function will be described.
Jak je vidět v obr. i až 4, zařízení obsahuje pouzdro 9, kterým prochází vzduch z okolí a pomocí procesů na jednotlivých prvcích uvnitř pouzdra 9 je z něj získávána voda opakovanou sorpcí a desorpcí v sorpčním výměníku 3. Zařízení přitom efektivně funguje i ve velmi suchých a teplých pouštních podmínkách.As can be seen in Figures 1 to 4, the device comprises a housing 9 through which ambient air passes and by means of processes on individual elements inside the housing 9 water is obtained from it by repeated sorption and desorption in the sorption exchanger 3. dry and warm desert conditions.
Pouzdro 9 slouží jako vzduchovod a může mít různý tvar, je možný, např. válcovitý tvar či různé hranaté tvary, pouzdro může mít také například tvar lahve s uzavíratelnými otvory na straně dna i hrdla, možné je tuhé i ohebné provedení. Pouzdro 9 je s výhodou vzduchotěsné a opatřené tepelnou izolací. V jiném provedení může zařízení také fungovat, ale s menší účinností. Jako tepelnou izolaci lze použít, např. polyuretan. Výhodné je rovněž, je-li materiál pouzdra 9 odolný vůči nárazům.The housing 9 serves as an air duct and can have various shapes, it is possible, for example, a cylindrical shape or various square shapes, the housing can also have, for example, the shape of a bottle with closable openings on the bottom and neck side. The housing 9 is preferably airtight and thermally insulated. In another embodiment, the device may also operate, but with less efficiency. Polyurethane, for example, can be used as thermal insulation. It is also advantageous if the material of the housing 9 is impact-resistant.
Pouzdro 9 má vstupní otvor 10 pro vstup vzduchu a výstupní otvor 11 pro výstup vzduchu. Aby se zabránilo znečištění zařízení v době, kdy není používáno, je výhodné, jsou-li vstupní otvor 10 a/nebo výstupní otvor 11 uzavíratelné. Optimální přitom je, když jsou uzavíratelné oba dva otvory 10, 11.The housing 9 has an air inlet 10 and an air outlet 11. In order to prevent contamination of the device when not in use, it is advantageous if the inlet opening 10 and / or the outlet opening 11 are closable. It is optimal if both openings 10, 11 can be closed.
Na kterémkoliv místě v pouzdře 9 je umístěno zařízení 1 pro dopravu vzduchu, které je zapojeno tak, aby dopravovalo vzduch od vstupního otvoru 10 k výstupnímu otvoru 11. Zařízení f pro dopravu vzduchu může být provedeno, např. jako elektricky poháněný ventilátor.At any point in the housing 9, an air conveying device 1 is arranged, which is connected so as to convey air from the inlet opening 10 to the outlet opening 11. The air conveying device f can be embodied, for example, as an electrically driven fan.
V pouzdře 9 jsou dále mezi vstupním otvorem 10 a výstupním otvorem 11 řazeny v následujícím pořadí ve směru od vstupního otvoru 10 k výstupnímu otvoru 11: vstupní ohřívač 2, sorpční výměník 3 a chladič 4. Smyslem tohoto pořadí prvků je to, aby v režimu desorpce vody ze sorpčního výměníku 3 mohl být vzduch před vstupem do sorpčního výměníku 3 předehříván vstupním ohřívačem 2 a zvlhčený vzduch ze sorpčního výměníku 3 následně zamířil do chladiče 4.Furthermore, in the housing 9, the inlet heater 2, the sorption exchanger 3 and the cooler 4 are arranged in the following order in the direction from the inlet opening 10 to the outlet opening 11 between the inlet opening 10 and the outlet opening 11. The purpose of this order of elements is to water from the sorption exchanger 3, the air could be preheated by the inlet heater 2 before entering the sorption exchanger 3, and the humidified air from the sorption exchanger 3 was subsequently directed to the cooler 4.
-4CZ 2021 - 284 A3-4EN 2021 - 284 A3
Mezi vstupním ohřívačem 2, sorpčním výměníkem 3 a chladičem 4 mohou být přitom umístěna i další přídavná zařízení, z nichž některá budou popsána níže. Sorpční výměník 3 má na svůj teplosměnný povrch nanesený desikant. Na chladiči 4 kondenzuje vzdušná vlhkost ve formě kapiček vody. Zařízení pro získávání vody ze vzduchu obsahuje také prvek 8 pro sběr kondenzované vody. Typicky je tento prvek 8 pro sběr kondenzované vody umístěn pod chladičem 4, ale je-li zařízeno, aby se do něj dostávala voda z chladiče 4, může být umístěn i jinde. Získaná kapalná voda je určena pro další použití. Prvek 8 pro sběr kondenzované vody může být proveden jako nádobka nebo potrubí vyvedené ven z pouzdra 9, případně jako nádobka s potrubím apod. Může být umístěn v tepelné izolaci, uvnitř i vně pouzdra, případně může procházet i více částmi zařízení pro získávání vody ze vzduchu současně. Jako prvek 8 pro sběr vody může být použit jakýkoliv kanálek, potrubí, nádobka apod. nebo jejich kombinace, uzpůsobené tak, aby se do nich mohla dostávat voda z chladiče 4. Typicky jde tedy o prvek shora otevřený, aby do něj voda z chladiče 4 mohla stékat.Additional devices can be arranged between the inlet heater 2, the sorption exchanger 3 and the cooler 4, some of which will be described below. The sorption exchanger 3 has a desiccant applied to its heat exchange surface. Moisture condenses on the cooler 4 in the form of water droplets. The device for obtaining water from the air also comprises an element 8 for collecting condensed water. Typically, this condensed water collecting element 8 is located below the cooler 4, but if it is arranged for water from the cooler 4 to enter it, it can also be located elsewhere. The obtained liquid water is intended for further use. The condensed water collecting element 8 can be designed as a container or a pipe led out of the housing 9, or as a container with a pipe, etc. It can be placed in thermal insulation, inside and outside the housing, or it can pass through several parts of the air extraction device. at the same time. As the water collecting element 8, any channel, pipe, container or the like or a combination thereof can be used, adapted so that water from the cooler 4 can enter them. could flow.
Zařízení pro získávání vody ze vzduchu dále obsahuje alespoň jeden Peltierův článek 6, tj. termoelektrický článek pracující na principu Peltierova jevu. Průchodem elektrického proudu zvoleného směru se jedna strana Peltierova článku ochlazuje (tuto stranu budeme dále nazývat chladná strana 6,1 Peltierova článku 6) a druhá zahřívá (tuto stranu budeme dále nazývat teplá strana 6,2 Peltierova článku 6). Peltierových článků může být ale pro zvýšení účinnosti použito i více, mohou být rozmístěny, např. po obvodu chladiče 4 či výstupního ohřívače 5, více Peltierových článků může být sdruženo do jednoho většího apod.The device for obtaining water from the air further comprises at least one Peltier cell 6, i.e. a thermoelectric cell operating on the principle of the Peltier effect. By passing an electric current of the selected direction, one side of the Peltier cell cools down (this side will be called the cold side 6.1 of the Peltier cell 6) and the other heats up (this side will be called the warm side 6.2 of the Peltier cell 6). However, more Peltier cells can be used to increase efficiency, they can be distributed, eg around the perimeter of the cooler 4 or the output heater 5, more Peltier cells can be combined into one larger one, etc.
Zařízení pro získávání vody ze vzduchu obsahuje rovněž výstupní ohřívač 5 umístěný mezi chladičem 4 a výstupním otvorem 11. Chladič 4 je přitom tepelně vodivě propojen s chladnou stranou 6,1 Peltierova článku 6 a výstupní ohřívač 5 je tepelně vodivě propojen s teplou stranou 6,2 Peltierova článku 6.The device for obtaining water from the air also comprises an outlet heater 5 located between the cooler 4 and the outlet 11. The cooler 4 is thermally conductively connected to the cold side 6.1 of the Peltier cell 6 and the outlet heater 5 is thermally conductively connected to the hot side 6.2 Peltier 's Article 6.
Vstupní ohřívač 2, sorpční výměník 3, chladič 4, výstupní ohřívač 5 i zařízení 1 pro dopravu vzduchu jsou navzájem vzduchově propojeny.The inlet heater 2, the sorption exchanger 3, the cooler 4, the outlet heater 5 and the air transport device 1 are interconnected by air.
Posledně uvedené čtyři prvky mohou mít různá technická provedení. Jedno možné výhodné provedení vstupního ohřívače 2 je elektrické topné těleso, kterým prochází vzduch. Sorpční výměník 3 s výhodou obsahuje lamely opatřené povlakem, který je typicky ze zeolitu. Lamely jsou s výhodou uspořádány tak, aby vytvářely kanálky. Zeolit má vysokou schopnost vázání molekul vody na svůj povrch a nízkou regenerační teplotu pro jejich uvolnění. Chladič 4 a výstupní ohřívač 5 jsou s výhodou provedeny jako žebrové tepelné výměníky, ve kterých proudí vzduch podél žeber. Zebra jsou typicky z hliníku. Vynález je ale možné realizovat i s jinými než zde uvedenými výhodnými provedení těchto čtyř prvků, případně kombinovat výhodné provedení některého nebo některých prvků se zde neuvedenými provedeními dalšího či dalších prvků.The latter four elements can have different technical designs. One possible advantageous embodiment of the inlet heater 2 is an electric heater through which air passes. The sorption exchanger 3 preferably comprises fins provided with a coating, which is typically of zeolite. The slats are preferably arranged to form channels. Zeolite has a high ability to bind water molecules to its surface and a low regeneration temperature for their release. The cooler 4 and the outlet heater 5 are preferably designed as finned heat exchangers in which air flows along the fins. Zebras are typically made of aluminum. However, it is also possible to implement the invention with preferred embodiments of these four elements other than those mentioned here, or to combine a preferred embodiment of one or some elements with embodiments of another or other elements not mentioned here.
Výhodou je, že vstupní ohřívač 2, sorpční výměník 3, chladič 4, výstupní ohřívač 5 i kdekoli v pouzdře 9 umístitelné zařízení 1 pro dopravu vzduchu mohou být v pouzdře 9 řazeny v jedné linii a není potřeba používat více proudů vzduchu, pouzdro 9 tedy může být provedeno jako jeden vzduchovod a díky tomu má kompaktní podobu.The advantage is that the inlet heater 2, the sorption exchanger 3, the cooler 4, the outlet heater 5 and the air transport device 1 which can be placed anywhere in the housing 9 can be arranged in one line in the housing 9 and there is no need to use more air streams. be made as a single air duct and thus has a compact design.
Zařízení 1 pro dopravu vzduchu, vstupní ohřívač 2 a Peltierův článek 6 jsou výhodně napájeny stejnosměrným proudem v běžně napěťové úrovni 12 V. Elektrická zapojení jsou v obr. 1 až 4 znázorněna pouze schematicky. Princip elektrického zapojení, např. Peltierova článku 6 je odborníkům v oboru obecně znám.The air transport device 1, the inlet heater 2 and the Peltier cell 6 are preferably supplied with direct current at a normal voltage level of 12 V. The electrical connections are only shown schematically in FIGS. 1-4. The principle of electrical connection, e.g. Peltier cell 6, is generally known to those skilled in the art.
Tepelně vodivé propojení chladné strany 6,1 Peltierova článku 6 s chladičem 4 a tepelně vodivé propojení jeho teplé strany 6,2 výstupním ohřívačem 5 lze realizovat různými způsoby.The thermally conductive connection of the cold side 6.1 of the Peltier cell 6 to the cooler 4 and the thermally conductive connection of its hot side 6.2 to the outlet heater 5 can be realized in different ways.
Z obr. 1 až 4 je patrné, že pro přenos tepla lze s výhodou použít tepelné trubice 7. V obr. 1 až 4 je znázorněno příkladné uspořádání se 3 tepelnými trubicemi 7, jejichž vodorovné části jsouIt can be seen from Figures 1 to 4 that heat pipes 7 can be advantageously used for heat transfer. Figures 1 to 4 show an exemplary arrangement with 3 heat pipes 7, the horizontal parts of which are
-5CZ 2021 - 284 A3 v zákrytu. Počet tepelných trubic lze ale zvolit libovolně, tepelné propojení může zprostředkovat jedna nebo více tepelných trubic 7.-5GB 2021 - 284 A3 in overlap. However, the number of heat pipes can be chosen arbitrarily, the heat connection can be mediated by one or more heat pipes 7.
Přitom platí, že tepelně vodivé propojení pomocí tepelné trubice 7 nebo tepelných trubic 7 může být jak mezi chladičem 4 a chladnou stranou 6,1 Peltierova článku 6 (viz obr. 1 a 2), tak i mezi výstupním ohřívačem 5 a teplou stranou 6,2 (viz obr. 3 a 4). I když je možné mít tepelné trubice 7 současně na obou stranách Peltierova článku, tedy jak mezi chladičem 4 a chladnou stranou 6,1 Peltierova článku 6, tak i mezi výstupním ohřívačem 5 a teplou stranou 6,2 Peltierova článku 6 (toto provedení není zakresleno), výhodnější jsou provedení, v nichž je jedna strana Peltierova článku v přímém tepelném kontaktu se zařízením, které má chladit nebo ohřívat, viz obr. 1 až 4.In this case, the thermally conductive connection by means of the heat pipe 7 or heat pipes 7 can be both between the heat sink 4 and the cold side 6,1 of the Peltier cell 6 (see FIGS. 1 and 2) and between the outlet heater 5 and the hot side 6, 2 (see Figs. 3 and 4). Although it is possible to have heat tubes 7 on both sides of the Peltier cell at the same time, i.e. both between the cooler 4 and the cold side 6.1 of the Peltier cell 6 and between the outlet heater 5 and the hot side 6.2 of the Peltier cell 6 (this embodiment is not shown). ), more preferred are embodiments in which one side of the Peltier cell is in direct thermal contact with the device to be cooled or heated, see Figs. 1 to 4.
V obr. 1 a 2 je ukázáno výhodné provedení, v němž jsou chladič 4 a chladná strana 64 Peltierova článku 6 tepelně vodivě propojeny pomocí tepelných trubic 7, a v němž je současně teplá strana 6.2 Peltierova článku 6 v přímém tepelném kontaktu s výstupním ohřívačem 5. Chladič 4 je tepelně vodivě spojený s výpamíkovou částí tepelných trubic 7. Do chladiče proudí teplý vzduch ze sorpčního výměníku 3 a ohřívá žebra chladiče 4 a tedy i výpamíkovou část tepelných trubic 7. Pracovní látka v tepelných trubicích 7 se přívodem tepla vypařuje a odchází do kondenzační části tepelných trubic 7, která je chlazena chladnou stranou 64 Peltierova článku 6. Kondenzační část tepelných trubic 7 je s výhodou tepelně vodivě zabudována do hliníkové desky, která je v tepelně vodivém spojení s chladnou stranou 64 Peltierova článku 6. V kondenzační části pracovní látka tepelných trubic 7 zkondenzuje a kondenzát buď stéká zpátky do výpamíkové části, nebo se tam dostává kapilárním efektem. Takto je zajištěn přenos tepla ze vzduchu, který vychází ze sorpčního výměníku 3, na chladnou stranu 6,1 Peltierova článku 6. Dochází tak tedy k ochlazování tohoto vzduchu a ohřívání chladné strany 6,1 Peltierova článku 6. Peltierův článek pak díky přivedenému napětí mezi jeho dvě strany 6,1 a 6,2 přečerpává teplo z chladné strany 6,1 Peltierova článku 6 na jeho teplou stranu 62. Tam je toto teplo odnímáno proudícím vzduchem, který se dále ohřívá a pak vystupuje z pouzdra 9. Pro účinný odvod teplaje v přímém tepelném kontaktu s teplou stranou 62 Peltierova článku 6 použit výstupní ohřívač 5 typicky v žebrovém provedení, který přenáší teplo z teplé strany 62 Peltierova článku 6 do vzduchu vystupujícího z pouzdra 9.Figures 1 and 2 show a preferred embodiment in which the heat sink 4 and the cold side 64 of the Peltier cell 6 are thermally conductively connected by heat pipes 7, and in which the hot side 6.2 of the Peltier cell 6 is in direct thermal contact with the outlet heater 5. The cooler 4 is thermally conductively connected to the outlet part of the heat pipes 7. Warm air flows into the cooler from the sorption exchanger 3 and heats the fins of the cooler 4 and thus also the outlet part of the heat pipes 7. The working substance in the heat pipes 7 evaporates and leaves the the condensing part of the heat pipes 7, which is cooled by the cold side 64 of the Peltier cell 6. The condensing part of the heat pipes 7 is preferably thermally conductively built into an aluminum plate which is in thermally conductive connection with the cold side 64 of the Peltier cell 6. of the heat pipes 7 condenses and the condensate either flows back into the outlet part or gets there by capillary effect. This ensures the transfer of heat from the air coming out of the sorption exchanger 3 to the cold side 6.1 of the Peltier cell 6. Thus, this air is cooled and the cold side 6.1 of the Peltier cell 6 is heated. its two sides 6.1 and 6.2 transfer heat from the cold side 6.1 of the Peltier cell 6 to its warm side 62. There this heat is removed by the flowing air, which is further heated and then exits the housing 9. For efficient heat dissipation in direct thermal contact with the hot side 62 of the Peltier cell 6, an outlet heater 5 is used, typically in a fin design, which transfers heat from the hot side 62 of the Peltier cell 6 to the air emerging from the housing 9.
V obr. 3 a 4 je oproti obr. 1 a 2 prohozené zapojení, v němž jsou pomocí tepelných trubic 7 tepelně vodivě propojeny výstupní ohřívač 5 a teplá strana 62 Peltierova článku 6 a v němž je chladná strana 6,1 Peltierova článku 6 v přímém tepelném kontaktu s chladičem 4. Výpamíková část tepelných trubic 7 je s výhodou tepelně vodivě zabudována do hliníkové desky, která je v tepelně vodivém spojení s teplou stranou 62 Peltierova článku 6. Ohřívač 5 je tepelně vodivě spojený s kondenzační částí tepelných trubic 7. Toto zapojení funguje analogicky jako zapojení v obr. 1 a 2 podrobně popsané výše: z chladné strany 6,1 Peltierova článku 6 se teplo přečerpává na jeho teplou stranu 62, odkud je odnímáno pomocí vzduchu proudícího výstupním ohřívačem 5 a odváděno ven z pouzdra 9.In FIGS. 3 and 4, the circuit is reversed in FIGS. The heating part of the heat pipes 7 is preferably thermally conductively integrated in an aluminum plate which is in thermally conductive connection with the hot side 62 of the Peltier cell 6. The heater 5 is thermally conductively connected to the condensing part of the heat pipes 7. This connection it operates analogously to the circuit in FIGS.
Zařízení pro získávání vody ze vzduchu pracuje ve dvou režimech: sorpce a desorpce. Přepínání mezi těmito režimy lze řešit různě, např. mechanicky, časovačem apod., ale nejvýhodnější je zapojení, v němž se přepínání řídí údaji z čidla 12 měrné vlhkosti. Toto čidlo 12 měrné vlhkosti je umístěno ve směru proudění vzduchu za sorpčním výměníkem 3, v nej výhodnějším provedení pak mezi sorpčním výměníkem 3 a chladičem 4. Čidlo 12 měrné vlhkosti může být provedeno, např. jako kombinované čidlo teploty a relativní vlhkosti. Pro automatizované provedení může být zařízení vybaveno řídicí jednotkou 15.The device for obtaining water from the air works in two modes: sorption and desorption. Switching between these modes can be solved in various ways, eg mechanically, by a timer, etc., but the most advantageous is a circuit in which the switching is controlled by the data from the specific humidity sensor 12. This specific humidity sensor 12 is located downstream of the sorption exchanger 3, most preferably between the sorption exchanger 3 and the cooler 4. The specific humidity sensor 12 can be implemented, for example, as a combined temperature and relative humidity sensor. For automated design, the device can be equipped with a control unit 15.
Spínání vstupního ohřívače 2 a Peltierova článku může být zajištěno, např. způsobem podle obr. 1 a 3, tzn. že vstupní ohřívač 2 má spínač 13 vstupního ohřívače 2 a Peltierův článek 6 má spínač 14 Peltierova článku 6. Pro řízení sorpce a desorpce v sorpčním výměníku 3 je čidlo 12 měrné vlhkosti informačně propojeno s řídicí jednotkou 15 a řídicí jednotka 15 je informačně propojena se spínačem 13 vstupního ohřívače 2 i se spínačem 14 Peltierova článku 6. Informační propojení může být provedeno jak elektricky drátově, tak i bezdrátově. Řídicí jednotka 15 dává podle údajů z čidla 12 měrné vlhkosti pokyn k sepnutí nebo rozepnutí spínačů 13. 14 a tímSwitching of the inlet heater 2 and the Peltier cell can be ensured, e.g. in the manner shown in Figs. 1 and 3, i. that the inlet heater 2 has a switch 13 of the inlet heater 2 and the Peltier cell 6 has a switch 14 of the Peltier cell 6. To control sorption and desorption in the sorption exchanger 3, the specific humidity sensor 12 is informatively connected to the control unit 15 and the control unit 15 is informatively connected to the switch. 13 of the inlet heater 2 with the switch 14 of the Peltier cell 6. The information connection can be made both electrically by wire and wirelessly. According to the data from the specific humidity sensor 12, the control unit 15 instructs the switches 13 to close or open.
-6CZ 2021 - 284 A3 k přechodu mezi režimy sorpce a desorpce, které budou vysvětleny níže. Mít samostatný spínač 13 vstupního ohřívače 2 a samostatný spínač 14 Peltierova článku 6 může být výhodné, např. z pohledu tepelné setrvačnosti: za některých okolností se může hodit spustit dříve Peltierův článek 6 a nechat naběhnout chlazení a až poté zapnout vstupní ohřívač 2. Zabrání se tak situaci, kdy by se v režimu desorpce (viz níže) část vlhkosti ze sorpčního výměníku 3 dostala dříve, než v dostatečné míře naběhne chlazení.-6GB 2021 - 284 A3 to switch between sorption and desorption modes, which will be explained below. Having a separate switch 13 of the inlet heater 2 and a separate switch 14 of the Peltier cell 6 can be advantageous, for example from the point of view of thermal inertia: in some circumstances it may be useful to start the Peltier cell 6 earlier thus, a situation in which, in the desorption mode (see below), a portion of the moisture from the sorption exchanger 3 would be obtained before cooling sufficiently occurred.
Je ale též možné provedení, v němž vstupní ohřívač 2 a Peltierův článek 6 mají společný spínač 16 pro současné spínání vstupního ohřívače 2 i Peltierova článku 6, viz obr. 2 a 4. Pro řízení sorpce a desorpce v sorpčním výměníku 3 je čidlo 12 měrné vlhkosti přes řídicí jednotku 15 informačně propojeno se společným spínačem 16. Informační propojení může být provedeno jak elektricky drátově, tak i bezdrátově. Řídicí jednotka 15 dává podle údajů z čidla 12 měrné vlhkosti pokyn k sepnutí nebo rozepnutí společného spínače 16 a tím k přechodu mezi režimy sorpce a desorpce, které budou vysvětleny níže.However, an embodiment is also possible in which the inlet heater 2 and the Peltier cell 6 have a common switch 16 for simultaneous switching of the inlet heater 2 and the Peltier cell 6, see Figs. 2 and 4. To control sorption and desorption in the sorption exchanger 3 The information connection can be made both electrically wired and wirelessly via the control unit 15. According to the data from the specific humidity sensor 12, the control unit 15 instructs to close or open the common switch 16 and thus to switch between the sorption and desorption modes, which will be explained below.
V režimu sorpce, tj. zachycování vodní páry, vstupuje do vstupního otvoru 10 vzduch z okolního prostředí. Zařízení 1 pro dopravu vzduchu je zapnuté, vstupní ohřívač 2 je vypnutý a nedodává proudícímu vzduchu teplo, Peltierův článek 6 je vypnutý nechladí vzduch v chladiči 4. Vzduch proudící pouzdrem 9, které je ve výhodném provedení tepelně izolováno, je odvlhčován v sorpčním výměníku 3 a v desikantu na povrchu sorpčního výměníku 3 se vážou molekuly vody z proudícího vzduchu. Čidlem 12 měrné vlhkosti je sledován stav vzduchu za sorpčním výměníkem 3. Vzduch ze zařízení vystupuje výstupním otvorem 11. Když obsah vodní páry v proudu vzduchu za sorpčním výměníkem 3 začne narůstat, tzn. sorpční výměník 3 je saturovaný vlhkostí, zařízení přejde do režimu desorpce, v němž dochází k získávání vody. Stále běží zařízení 1 pro dopravu vzduchu a do zařízení pro získávání vody ze vzduchu vstupuje vstupním otvorem 10 vzduch z okolního prostředí. Zapne se vstupní ohřívač 2 a zapne se Peltierův článek 6. Mohou se zapnout buď současně, nebo s časovou prodlevou. Jejich spínání a rozepínání může být řízeno řídicí jednotkou 15 na základě údajů z čidla 12 měrné vlhkosti, případně i na základě dalších doplňujících údajů. Vstupní ohřívač 2 ohřívá vzduch vstupující do sorpčního výměníku 3. Ohřátý vzduch uvolňuje molekuly vody z povrchu desikantu v sorpčním výměníku 3 a navlhčuje se. Ohřátý a navlhčený vzduch vstupuje do chladiče 4, který je tepelně vodivě spojený s chladnou stranou 6,1 Peltierova článku 6. Při teplotě povrchu chladiče 4 pod rosným bodem kondenzuje vodní pára ze vzduchu jako kapalná voda na jeho povrchu a stéká do prvku 8 pro sběr kondenzované vody, kde se obvykle akumuluje pro další využití. Ochlazený a odvlhčený vzduch vstupuje do výstupního ohřívače 5 tepelně vodivě spojeného s teplou stranou 6,2 Peltierova článku 6, ohřívá se a vystupuje výstupním otvorem 11 ven ze zařízení.In the sorption mode, i.e. the capture of water vapor, air from the environment enters the inlet opening 10. The air transport device 1 is switched on, the inlet heater 2 is switched off and does not supply heat to the flowing air, the Peltier cell 6 is switched off, it does not cool the air in the cooler 4. The air flowing through the housing 9 water molecules from the flowing air bind in the desiccant on the surface of the sorption exchanger 3. The specific humidity sensor 12 monitors the state of the air behind the sorption exchanger 3. Air leaves the device through the outlet 11. When the water vapor content in the air stream behind the sorption exchanger 3 begins to increase, i. the sorption exchanger 3 is saturated with moisture, the device switches to the desorption mode, in which water is obtained. The air conveying device 1 is still running and ambient air enters the device for obtaining water from the air through the inlet opening 10. The inlet heater 2 is switched on and the Peltier cell 6 is switched on. They can be switched on either simultaneously or with a time delay. Their switching on and off can be controlled by the control unit 15 on the basis of data from the specific humidity sensor 12, or also on the basis of other additional data. The inlet heater 2 heats the air entering the sorption exchanger 3. The heated air releases water molecules from the desiccant surface in the sorption exchanger 3 and is humidified. Heated and humidified air enters the cooler 4, which is thermally conductively connected to the cold side 6.1 of the Peltier cell 6. At the surface temperature of the cooler 4 below the dew point, water vapor condenses from the air as liquid water on its surface and flows into the collecting element 8. condensed water, where it usually accumulates for further use. The cooled and dehumidified air enters the outlet heater 5 thermally conductively connected to the hot side 6.2 of the Peltier cell 6, is heated and exits through the outlet 11 out of the device.
Chladná strana 6,1 Peltierova článku chladí vzduch v chladiči 4, případně podle provedení chladiče 4 též žebra chladiče 4. Teplá strana 6,2 Peltierova článku 6 je proudícím chladným vzduchem z chladiče 4 udržována na nízké teplotě za účelem docílení nízké energetické náročnosti zařízení a zároveň za účelem dosažení nízké povrchové teploty chladiče 4 na chladné straně Peltierova článku 6. Teplá strana 6,2 Peltierova článku pak ohřívá vzduch ve výstupním ohřívači 5, případně podle provedení výstupního ohřívače 5 též žebra tohoto výstupního ohřívače 5.The cold side 6,1 of the Peltier cell cools the air in the cooler 4 or, depending on the design of the cooler 4, also the fins of the cooler 4. The warm side 6,2 of the Peltier cell 6 is kept low at the flowing cold air from the cooler 4 in order to achieve low energy consumption. at the same time in order to achieve a low surface temperature of the cooler 4 on the cold side of the Peltier cell 6. The warm side 6,2 of the Peltier cell then heats the air in the outlet heater 5 or, depending on the outlet heater 5, also the fins of this outlet heater 5.
Když čidlo vlhkosti 12 zaznamená pokles obsahu vodní páry na výstupu ze sorpčního výměníku 3, přechází zařízení opět do režimu sorpce. Vstupní ohřívač 2 i Peltierův článek 6 se vypnou, zařízení pro dopravu vzduchu 1 zůstává zapnuté. V době mimo provoz je vhodné uzavřít vstupní otvor 10 i výstupní otvor 11.When the humidity sensor 12 detects a decrease in the water vapor content at the outlet of the sorption exchanger 3, the device switches back to the sorption mode. The inlet heater 2 and the Peltier cell 6 are switched off, the air transport device 1 remains switched on. When out of operation, it is suitable to close the inlet opening 10 and the outlet opening 11.
Elektrickou energii do zařízení pro výrobu vody ze vzduchu lze s výhodou dodávat z přenosných zdrojů stejnosměrného proudu, např. fotovoltaický panel, palivový článek (vodíko-kyslíkový, metanolový apod.), baterie, apod.Electricity to the air water plant can advantageously be supplied from portable direct current sources, e.g. a photovoltaic panel, a fuel cell (hydrogen-oxygen, methanol, etc.), batteries, etc.
Zařízení podle předkládaného vynálezu umožňuje velmi výhodnou rekuperaci chladu. Díky tomu, že je ochlazený vzduch vystupující z chladiče 4 použit pro chlazení teplé strany 6,2 PeltierovaThe device according to the present invention allows a very advantageous cold recovery. Due to the fact that the cooled air leaving the cooler 4 is used to cool the warm side of the 6.2 Peltier
-7 CZ 2021 - 284 A3 článku, je možné udržet energetickou náročnost chlazení na nízké úrovni a je rovněž možné zvýšit chladicí výkon chladiče, tzn. dostat se na nižší teplotu, než kdyby ochlazený vzduch z chladiče k chlazení teplé strany 6,2 Peltiérova článku nebyl použit. Díky popsanému uspořádání může být zařízení efektivní a přitom malých rozměrů a tudíž přenosné, navíc s malými nároky na elektrickou energii.-7 CZ 2021 - 284 A3 cell, it is possible to keep the energy consumption of cooling at a low level and it is also possible to increase the cooling capacity of the cooler, ie. get to a lower temperature than if the cooled air from the cooler to cool the warm side of the 6.2 Peltier cell had not been used. Thanks to the described arrangement, the device can be efficient and at the same time small in size and therefore portable, moreover with low demands on electricity.
Zařízení je schopno efektivně vyrábět vodu i ze suchého teplého vzduchu o parametrech typických pro pouštní podmínky. Pro ilustraci uvádíme, že pro jedno z možných provedení zařízení ve velikosti lahve na pití o průměru 60 mm může být produkce vody okolo 4 dcl/h při průtoku vzduchu 8 m3/h pro pouštní vzduch o teplotě vzduchu 30 °C a měrné vlhkosti vzduchu 5 g/kg. Další optimalizací parametrů zařízení pak lze docílit posunu k ještě vyšším objemům produkované vody.The device is able to efficiently produce water even from dry warm air with parameters typical of desert conditions. To illustrate, for one possible embodiment of a device in the size of a drinking bottle with a diameter of 60 mm, the water production can be around 4 dcl / h at an air flow of 8 m 3 / h for desert air with an air temperature of 30 ° C and specific humidity 5 g / kg. By further optimizing the parameters of the device, it is then possible to achieve a shift to even higher volumes of water produced.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Zařízení je výhodné využít zejména v pouštních oblastech, kde je nízká měrná vlhkost a vysoké teploty venkovního vzduchu. Zařízení podle předkládaného vynálezu je velmi malých rozměrů v rozměru láhve na pití a je tedy snadno přenositelné jedním člověkem. Nabízí se jeho využití, např. při průzkumných expedicích, v cestovatelství nebo při humanitární pomoci. Zařízení je možné provozovat autonomně bez využití neobnovitelných zdrojů energie, případně s lokálním přenosným zdrojem energie bez napojení na elektrickou síť.The device is advantageous to use especially in desert areas where there is low specific humidity and high outdoor air temperatures. The device according to the present invention is very small in size in a drinking bottle and is therefore easily portable by one person. It can be used, for example, in reconnaissance expeditions, in travel or in humanitarian aid. The device can be operated autonomously without the use of non-renewable energy sources, or with a local portable energy source without connection to the electricity network.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021284A CZ2021284A3 (en) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | Equipment for obtaining water from the air |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021284A CZ2021284A3 (en) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | Equipment for obtaining water from the air |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ309074B6 CZ309074B6 (en) | 2022-01-12 |
CZ2021284A3 true CZ2021284A3 (en) | 2022-01-12 |
Family
ID=80038209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2021284A CZ2021284A3 (en) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | Equipment for obtaining water from the air |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2021284A3 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2004232788B2 (en) * | 2003-04-16 | 2009-05-28 | James J. Reidy | Thermoelectric, high-efficiency, water generating device |
US7559204B2 (en) * | 2006-05-02 | 2009-07-14 | Mehdi Hatamian | Peltier system with water purification means |
WO2013026126A1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-02-28 | Castanon Seaone Diego | Atmospheric water generator |
-
2021
- 2021-06-04 CZ CZ2021284A patent/CZ2021284A3/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ309074B6 (en) | 2022-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CZ308655B6 (en) | Compact device for obtaining water from the air | |
US10619895B1 (en) | Rooftop liquid desiccant systems and methods | |
AU2006253864B2 (en) | System and method for managing water content in a fluid | |
US8141379B2 (en) | Hybrid solar air-conditioning system | |
US20100132379A1 (en) | Low power dehumidifier | |
CN111132746B (en) | Apparatus and method for low energy atmospheric water generation | |
US20100058778A1 (en) | Thermoelectrically powered indirect evaporative cooling system with desiccant dehumidification | |
CN109475807B (en) | Device for continuously absorbing water and air cooler | |
CZ2018337A3 (en) | Equipment for extracting water from ambient air that can be autonomously operated | |
JP2002115869A (en) | Humidistat | |
JP2008249165A (en) | Interior humidistat | |
CZ2021284A3 (en) | Equipment for obtaining water from the air | |
US11828047B2 (en) | Apparatus for extracting water from air with one air duct | |
CZ34074U1 (en) | Equipment for obtaining water from air with one air duct | |
CZ34073U1 (en) | Compact device for obtaining water from the air | |
US20230127599A1 (en) | Thermoelectric Air Conditioning System with Integrated Solid Desiccant-Based Dehumidification for Separate Sensible and Latent Cooling | |
KR100684449B1 (en) | Air conditioner for enclosure | |
WO2024165891A1 (en) | Atmospheric water generation systems and methods | |
CZ32078U1 (en) | An autonomous device for extracting water from the air | |
WO2021041602A1 (en) | Chiller system |