Vettä ilmasta hiekkamaassa

TopiR

Aktiivinen jäsen
Moro,

Akateemisessa maailmassa on vuosia tutkittu miten vesipulaa voisi helpottaa extraktoimalla vettä suoraan ilmasta.

Ne missä on lämpöpumpputeknologiaa mietitty, on kaikki (mitä olen löytänyt) ollut semmoisia missä ilmaa jäähdytetään (kylmäaineella), jotta kosteus tiivistyisi.

Mun silmiin ilman käyttäminen "kylmäaineena" voisi olla parempi malli.

LNG-maailmassa käytetään turboexpandereita
joiden erityinen ominaisuus on että paineenalennus (turbiinin läpi) on lähempänä isentrooppista prosessia, verrattuna paineenalennusventtiiliin (paisunta, joule-thomson valve).

Perinteisillä kylmäaineilla tolla ei ole juurikaan väliä, kun isentrooppinen käyrä on P-H graafissa lähes pystysuora höyryalueella (jolloin vakioentalpinen paisunta on myös vakioentropinen), mutta ilma taisi olla normilämpötilassa sellaista jossa paisunta saattaa jollain paineella jopa lämmittää kaasua.

Enivei, idea olisi poimia vesi paineistetusta ja viilennetystä ilmasta seuraavasti:

1. Turboexpanderin kompressorilla imetään lämmintä (esim 30 C, 50% RH) ilmaa ja nostetaan sen paine vaikka kolmeen baariin, jolloin se tietysti kuumenee voimakkaasti.

2. Kuuma paineistettu kostea ilma ohjataan vastavirtalämmönvaihtimeen, jonka toinen pää on järjestetty kylmäksi (esim +5 C). Tällöin ilmassa oleva vesi (korkea osapaine) tiivistyy ja jotenkin järjestetään sen kerääminen pois.

3. Kylmä painestettu kuiva ilma palaa samaa vastavirtalämmönvaihdinta takas (vastasuuntaan), jolloin se lämpeää ja vastaavasti jäähdyttää 2-kohdan virtausta.

4. Kuuma paineistettu kuiva ilma ajetaan turboexpanderin turbiinin läpi, jolloin siinä oleva energia palautuu 1-kohdan kompressorille, ja ilma jäähtyy merkittävästi.

5. Kylmä paineistamaton kuiva ilma ohjataan jäähdyttämään vastavirtalämmönvaihtimen kylmää päätä.

Energiaa pitää turbon akselille jotenkin syöttää, yksi keino olisi laittaa rinnalle perinteinen kompressori joka syöttää joko kompressorin imupuolta, taikka painepiiriä.

Esim Dohassa sää on tänään 38 C / 41% RH (kastepiste 23 C).

Onko tällaisella toimimisen mahdollisuuksia? Voisiko jotain kohtaa tehdä paremmin?

-Topi
 

pelzi_

Vakionaama
Kyllähän jo paineilmakompressorista valuu vettä yllin kyllin, mutta aika vähän per kW ja se on öljyistä.

Onkohan kaikki jäähdytyksen kondenssivedet noissa käytössä jo, se olisi "ilmaista."
 

kotte

Hyperaktiivi
Autiomaaoloissa voisi vettä adsorptoiva roottorikuvaimen tyyppinen laitos olla jäähdytyskuivainta tehokkaampi (epäilen, että turbokompressori+turbokompressori vie paljon sähköä ja on kallis rakentaa, vaikkakin saa kosteuden hyvin talteen). Noilla tyypillisesti irtoaa jo ennestään hyvin kuivasta ilmasta tehokkaammin kosteutta. Teollisuudessa käytetään tyypillisesti tällaisia kuivaimia, kun tarvitaan todella kuivaa ilmaa (esimerkkinä maalaussovellukset). Roottorin regeneroinnin voi tehdä myös suoraan aurinkoenergialla tai sitten paneeleiden käyttämällä sähkövastuksella, hiukan ilmastosta riippuen (paneelisähkö voi olla edullisempi ratkaisu, jos aurinko ei paista jokseenkin aina kirkkaalta taivaalta).

Aurinkon säteilylämpöön perustuva systeemi siis toimisi niin, että roottorin regeneraatiosektorin lävitse kulkee peilellä keskitetyn auringon säteilyn esim. parin sadan asteen lämpötilaan nostama ilmavirta, joka roottorin läpäisyn jälkeen jäähdytetään ulkoilman lämpötilan lämmönvaihdinkennossa, jolloin kosteus tiivistyy seinämään ja kertään talteen. Ilma johdetaan sitten takaisin lämmitettäväksi. Toimintaa voi vielä tehostaa regerenaraatiovyöhykkeeltä tulevan ja sitä seuraavalta jäähdyttimeltä lähtevän kanavan välisellä vastavirtalämmönvaihtimella (joka saattaa jo tiivistää osan talteen kerättävästä vedestäkin). Mahdollisesti kannattaisi lisätä toinenkin vastavirtalämmönvaihdin siirtämään regeneroinnin kuumentaman roottorin jäähdytyslämpöä jo em. lämmönvaihdinta.
 

Kellarinlämmittäjä

Oppimiskäyrällä
Vettä voi sitoa myös kemiallisesti kidevedellisiin suoloihin tai esim. rikkihappoon. Vesi erkanee kuumentamalla ja absorbentti ei kulu käytössä ellei siihen pääse ilman epäpuhtauksia (ilma suodatettava) Absorptoi vaihe kuluttaa vain vähän energiaa mutta regenerointi ja veden erotus sitten vähintään sen minkä se veden höyrystys kuluttaa, absorptioaineen kuumennus päälle. Vesi tulisi suoraan erittäin puhtaana.

Autiomaassa kuumennuksen voisi suorittaa ehkä aurinkokeräimien energialla, ei välttämättä tarvittaisi edes sähköä. Tarvittava lämpötilataso on kuitenkin yli 100 °C.
 

TopiR

Aktiivinen jäsen
Vettä voi sitoa myös kemiallisesti kidevedellisiin suoloihin tai esim. rikkihappoon. Vesi erkanee kuumentamalla ja absorbentti ei kulu käytössä ellei siihen pääse ilman epäpuhtauksia (ilma suodatettava) Absorptoi vaihe kuluttaa vain vähän energiaa mutta regenerointi ja veden erotus sitten vähintään sen minkä se veden höyrystys kuluttaa, absorptioaineen kuumennus päälle. Vesi tulisi suoraan erittäin puhtaana.

Autiomaassa kuumennuksen voisi suorittaa ehkä aurinkokeräimien energialla, ei välttämättä tarvittaisi edes sähköä. Tarvittava lämpötilataso on kuitenkin yli 100 °C.
Jostain luin että tyhjiöputkikeräin kuumenisi suorassa auringonpaisteessa kuivana yli 120 C lämpötilaan.

-Topi
 

Apulanta

Tulokas
Jostain luin että tyhjiöputkikeräin kuumenisi suorassa auringonpaisteessa kuivana yli 120 C lämpötilaan.

-Topi
Tyhjiöputket kuivana lämpenee helposti yli tuon.. tässä kun kerran kokeilin niin sain 170 C.
 

Liitteet

  • D268C187-FBAF-407A-BE62-C4B2D222A92F.jpeg
    D268C187-FBAF-407A-BE62-C4B2D222A92F.jpeg
    84,6 KB · Katsottu: 14

TopiR

Aktiivinen jäsen
Noille turbokompressoreille luvataan yli 75% isentrooppista hyötysuhdetta. Samoin taitaa olla myös expandereille.

1. Miten ton expanderin hyötysuhde projisoidaan tilakarttaan (esim P-H)?

2. Minkälainen riippuvuus on isentrooppisen hyötysuhteen ja energiahyötysuhteen välillä?

-Topi
 

Kellarinlämmittäjä

Oppimiskäyrällä
Noin näppituntumalta tuo ilman puristaminen veden erottamiseksi ei lyö leiville, koska ilman kokoonpuristus vaatii paljon energiaa ja ilmassa on aina perin vähän vettä. Käsiteltävät määrät ovat liian suuria. Noissa turbovärkeissä on aina suuret häviöt päällä.

Itse etsisin ratkaisuja kuivaustekniikasta: jäähdytys, absorptio. Jäähdytystäkin voi regeneroida eli sillä jäähdytetyllä voi ensin esijäähdyttää sitä sisään otettavaa ilmaa. ILP tuottaa kesällä suunnilleen litran vettä / kWh. Jos kylmän käyttäisi tuoreilman esijäähdytykseen, tuon voisi varmaan helposti kaksinkertaistaa.
 

kotte

Hyperaktiivi
Noille turbokompressoreille luvataan yli 75% isentrooppista hyötysuhdetta. Samoin taitaa olla myös expandereille.

1. Miten ton expanderin hyötysuhde projisoidaan tilakarttaan (esim P-H)?

2. Minkälainen riippuvuus on isentrooppisen hyötysuhteen ja energiahyötysuhteen välillä?

-Topi
No, kiertoprosesseilla on kaikilla oma hyötysuhteensa ja häviönsä. Parhaimmillaan prosessin energiahyötysuhde on korkeintaan carnot-hyötysuhde (lämpövoimakoneilla ja lämpöpumpuilla omansa). Kaikki kiertoprosessin vaiheet periaatteessa kertovat hyötysuhteen itse kiertoprosessin hyötysuhteen kanssa (esim. 75% kertoo siis luvulla 0,75). Jos systeemissä on kompressori ja expanderi ja kummankin isentrooppinen hyötysuhde on 75%, nuo yhdessä pudottavat hyötysuhteen runsaaseen 56% siitä, mitä se olisi muutoin. Jos esimerkiksi lämpöä pumpataan 0 asteesta 100 asteeseen, vastaava carnot-hyötysuhde on 3,73 (lämpöpumpun tuottosuhteen teoreettinen yläraja tuolla lämpötilaerolla). Tavanomaisella käänteisellä rankine-kiertoprosessilla tuo pitäisi tietenkin kertoa kompressorin hyötysuhteella, kuten juuri tuo 0.75 ja tuo sitten vastaakin pääosaa häviöistä, kun hukkalämpö tulee jokseenkin kokonaan hyödyksi. Sen lisäksi tulevat paisuntaventtiilin kautta kulkevan nesteen painehäviöt ja lämmönvaihtimien epäideaalisuuden aiheuttamat häviöt (rajapinnoissa syntyy lämpötilaeroja).. Myös putkistoissa syntyy painehäviöitä, mutta nuo voivat olla melko vähäiset kompaktilla laitteistolla.

Sen sijaan turboexpanderin tapauksessa tilanne on huonompi, kun häviöt muuttuvat lämmöksi tuon hyötysuhteen mukaisesti ja kaikki virtaukset ovat kaasuja, joilla on suhteessa suuri tilavuusvirta. Käsittääkseni tuollaisella systeemillä ei pääse läheskään yhtä hyvään coppiin kuin käänteisellä rankine-prosessilla käytettäköön sitä sitten jäähdytykseen tai kosteuden poistamiseen. Lentokoneissahan noita toki käytetään, koska laitteistosta on mahdollista saada kevyt, paineistettua ilmaa on mahdollista saada suuria määrin suihkuturbiinin kompressorin puristamasta moottoreiden syöttöilmavirrasta ja hiukankin korkeammalla ulkoilma on hyvin kylmää, eli voidaan toimia jopa luonnollisella jäähdytyksellä.
 

kotte

Hyperaktiivi
Noin näppituntumalta tuo ilman puristaminen veden erottamiseksi ei lyö leiville, koska ilman kokoonpuristus vaatii paljon energiaa ja ilmassa on aina perin vähän vettä. Käsiteltävät määrät ovat liian suuria.

Itse etsisin ratkaisuja kuivaustekniikasta: jäähdytys, absorptio. Jäähdytystäkin voi regeneroida eli sillä jäähdytetyllä voi ensin esijäähdyttää sitä sisään otettavaa ilmaa. ILP tuottaa kesällä suunnilleen litran vettä / kWh. Jos kylmän käyttäisi tuoreilman esijäähdytykseen, tuon voisi varmaan helposti kaksinkertaistaa.
Olen melko vakuuttunut, että taloudellinen ratkaisu olisivat nuo hygroskooppiset tai kosteuden adsorptioon perustuvat roottorit ja aurinkon lämmöllä tapahtuva regeneraatio. Sähköllä käyvät toki aurinkoenergiaa hyödyntävät kompressoriratkaisut saa unohtaa, koska ilma on joka tapauksessa hyvin kuivaa, mistä syytä tarvitaan varsin suuri jäähdytys, jotta kosteutta tiivistyy laisinkaan. Tuossa siis tarvitaan myös tehokkaita lämmönvaihtimia kompressoreiden (ja jopa expandereiden lisäksi prosessista riippuen), jolloin laitteistosta tulee hyvin kallis. Nuo roottorikuivaimet ja regenerointilämmittimet taas voi rakentaa halvalla regeneroiden juuri esimerkiksi tyhjiöputkikeräinten kaltaisella rakenteella (kuumennettava ilma rinnakkaisia putkia pitkin tyhjiöksi imetyn suuremman ja toiselta puolelta heijastavalla kalvolla peitetyn putken keskeltä).
 
Ylös Bottom