AT505157A4 - Verfahren und vorrichtung zur wassergewinnung aus luft der erdatmosphäre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wassergewinnung aus der Feuchtigkeit der die Erdoberfläche umgebenden Luft durch Kondensation aus dieser, wobei die dazu benötigte Kälte aus der Erdoberfläche ferneren kälteren Luftschichten, welche durch Rohrleitungen die von frei schwebender Hülle mittels Schleppverbindung in ungefährer, vertikaler Position gehalten, zur und von der Kondensationsvorrichtung geleitet wird, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Praktikable Verfahren zur Gewinnung von maßgeblichen Mengen an Süßwasser, in warmen Trocken-, Dürre- oder Katastrophengebieten mit nicht vorhandener bzw. nicht ausreichend intakter Infrastruktur, durch Kondensation von Wasser aus Luftfeuchtigkeit ohne erheblichen, teuren Energieaufwand für die dazu benötigte Kalteproduktion sind nicht bekannt. Wahrscheinlich aus dem Grunde, dass die Verknappung von Süßwasser guter Qualität in Mangelgebieten erst in den letzten Jahren durch Klimawandel und vermehrtem Verbrauch durch steigende Bevölkerungszahl und Folgen aus Wohlstanderhöhung drängend wird und einer Lösung bedarf. Ein JP-Patent mit Publikationsnummer 2004-316398 beschreibt Wassergewinnung durch Kondensation mittels Nutzung des Peltier-Eflektes mit Thermoetektronikelement, dessen Kondensationsvorrichtung von einem Heliumballon in der Erdatmosphäre gehalten wird Diese beschriebene Vorrichtung, bei der verlötete schwere Metalle, die den Effekt nach Peltier auslösen, sowie die restlichen Wassergewinnungsvorrichtungen vom Heliumballon getragen werden müssen, ist das Gewichtsproblem für effektive Wasserproduktion bei größeren Mengen nicht vorteilhaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wasser in Trinkwasser^jaJität zu günstigen Produktionskosten mit erfindungsgemäßen Anlagen an fixen oder mobilen Standorten auch autark, umweltfreundlich und ohne teure bauliche Maßnahmen zu gewinnen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die kältere erdoberflächen-femere Luft direkt oder indirekt die Kondensationsflächen zur Wasserkondensation der auf der Erdoberfläche befindlichen Kondensationsvorrichtung durch Kälte-/Wärmeaustausch kühlt, wobei diese Luft danach erwärmungsbedingt ihre Dichte verändert und von der Kondensationsvorrichtung durch Leitung weg zur Auslass-Öffnung in Höhe empor strömt somit einerseits durch das zwangsläufige Nachfließen der Luft durch Leitung von Einlassöffnung in Höhe in die Kondensationsvorrichtung die erforderliche Luftströmung ganz oder teilweise selbsttätig bewirkt und andererseits, dass durch Auslassöffnung die in Höhe aus Leitung austretende und danach in die frei schwebende Hülle eingeleitete Luft durch ihre geringere Dichte als die der frei schwebenden Hülle umgebende Luft diese ganz oder teilweise in Schwebe hält.

Das vorgeschlagene Verfahren wird vorteilhaft auf solch eine Art und Weise durchführt, dass in der Innenkammer der frei schwebenden Hülle nicht benötigte oder zu entfernende Luft über ein oder mehrere Schleusenvorrichtungen aus diesen ausgeschleust wird.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist, dass im Rohrleitungssystem die Leitung, welche die Luft vom Luftfilter zu Kondensationsvorrichtung leitet, von der Leitung, welche die Luft von Kondensationsvorrichtung zu Auslassöffnung leitet, ·· ···· ···· 12 ganz oder teilweise zum Zweck der Verhinderung von Sonneneinstrahlung und Wärmezufuhr von außen in Leitung umschlossen geführt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Zeichnung erläutert. Diese zeigt die Wasserproduktion durch Kondensation, bei der zur Verfügungstellung der Kälte aus höheren, kälteren Luftschichten als die die Kondensationsvorrichtung umgebende. Die im wesentliche aus einer frei schwebenden Hülle, die das Luft Ab- und Aufleitungssystem trägt und eine am Boden befindliche Kondensationsvorrichtung mit Wassertank zeigt

Bezugszahlen in der Zeichnung bedeuten:

Zahl 1 ist eine frei schwebende Hülle aus dem Material eines an sich bekannten Heißluftballons. 2 ist ein Seil, das einerseits als Schleppvorrichtung 2 zwischen Hülle 1 und zu tragendem Rohrleitungssystem 3 dient und andererseits begrenzt es die Höhe des Ballons durch Fixierung an der Verankerung 9 an der Erdoberfläche. 4 ist eine Leitung, die Luft von Einlassfilter 5 zu Kondensationsvorrichtung 10 an der Erdoberfläche leitet. Leitung 6 leitet Luft von der Kondensationsvorichtung 10 zur Auslassöffhung 7 und aus dieser in den Ballon 1. Beim Durchfließen der Luft durch Kondensationsvorrichtung 10 werden die Kondensationsflächen 14 gekühlt. Leitung 4 ist am Seil 2, das zwischen Ballon 1 und Verankerung 9 gespannt ist, befestigt.

Die Leitung 6 umgibt Leitung 4, damit eine Erwärmung der kühlen Luft in Leitung 4 durch Sonneneinstrahlung und Außenwärme ganz oder teilweise verhindert wird. Dieses Leitungskonstrukt von Tragseil 2 Leitung 4 und Leitung 6 wird als Leitungssystem 3 bezeichnet. Die Wandungen der Leitungen 4 und 6 sind aus besonders leichtgewichtigem, gedichtetem Fasergewebe, wie es in der Ballonfahrt verwendet wird, wobei dieses auf einem Gerippe aus leichten Materialien aufgestülpt ist. Ventilator 11 unterstützt bei Bedarf die Strömung der Luft in Leitung 4 und 6 sowie in Kondensationsvorrichtung 10. Durch die Öffnungen 13 strömt Luft in und durch Öffnungen 16 aus der Kondensationsvorrichtung 10. Durch die Öffnung 17 strömt die aus öffrrung 7 kommende Luft in den Innenraum 16 der frei schwebenden Hülle 1. Luft aus der Umgebung der Kondensationsvprrichtung 10 strömt durch Einlass 12 in und durch Auslassöffnung 27 aus dieser. Bei diesem Durchströmen der Luft von Einlass 12 zu Auslass 27 wird an den Kondensationsflächen 14 Wasser aus dieser Luft kondensiert und in Wasserbehälter 15 für weiteren Gebrauch gesammelt. Schleusenvorrichtung 20 und 25 befördern die im Balloninnenraum 18 Wärme- und drucktechnisch ausgebeutete Luft aus dieser und geben sie an die Umgebung des Ballons 1 ab. Mit 18a und 18b werden die Seiten im Innenraum 18 bezeichnet, die drucktechnisch nicht gei rennt sind. Die Klappe 30 steuert die in Balloninnenraum 18 einströmende Luft in einer Stellung zu Seite 18a, in einer anderen Stellung zu 18b. Ballonausformung 33 beeinflusst ebenfalls die Strömungsrichtung der Luft im Balloninnenraum 18. Durch Ventil 21 und Leitung 22 fließt Luft in und durch Ventil mit Gewicht 23 aus Schleusenballon 20. Durch Ventil 26 und Leitung 24 fließt Luft in und durch Ventil mit Gewicht 28 fließt aus Schleusenballon 25. 31 und 32 messen die Temperatur im Ballon, 19 misst die Luftströmung in Leitung 6.8 bezeichnet HeMum gefüllte Stabilisierungshüllen. 35 ist Erhitzungsvorrichtung für Zusatzwärme. 29 ist Seil zur Absenkung und Fixierung des Ballons. 34 ist Heliumballon als Alternative zu Warmluftballon. ·· ·· » · · ···· ···· • · · • ··· · • *2 · · 1 J “ t · ·

Angenommene Daten zur Funktionsbeschreibung: Höhe der frei schwebenden Hülle 1 in der Erdatmosphäre ist 3900m über dem Meeresniveau.

Positionierung des Luftfilters 5 mit Einlassöffnung zu Leitung 4 beträgt 3800m über Meeresniveau.

Standort der Kondensationsvorrichtung 10 auf Erdoberfläche ist in einer Höhe von 800m über Meeresniveau.

Lufttemperatur in 3800m über Meeresniveau beträgt +2°C.

Lufttemperatur in 800m über Meeresniveau beträgt +28°C bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit.

Funktion:

Die frei schwebende Hüllte 1 hält mittels Schleppverbindung 2 das Rohrleitungssystem 3 in ungefähr vertikaler Position, sodassdie Fitteröffiiung 5 in Höhe von ca . 3800m, bei einer dort vorherrschenden Umgebungsluft von ca. 2°C positioniert ist. Diese Luft fließt von Filteröffnung 5 durch Leitung 4, durch Öffnung 13 in und durch die Kondensationsvorrichtung 10. Beim Durchfließen dieser Luft durch die Kondensationsvorrichtung 10 von Öffnung 13 zu Öffnung 16 werden die Kondensationsflächen 14 primärseitig gekühlt, mit der Wirkung, dass sekundärseitig Wasser aus der Feuchtigkeit der 28°C warmen Umgebungsluft, die von Öffnung 12 durch die Kondensationsvorrichtung 10 zur und aus der Öffnung 27 fließt, kondensiert und im Wasserbehälter 15 gesammelt wird. Beim Durchfließen der Luft in der Kondensationsvorrichtung 10 von Öffhung13 zu Öffnung 16 wird bei der Kühlung der Kondensationsflächen 14 durch Kälte-VWärmeaustausch diese Luft erwärmt und dadurch ihre Dichte verändert, dies bewirkt, dass diese jetzt erwärmte Luft durch Öffnung 16 im Rohr 6 empor und aus der Öffnung 7 des Rohres 6 ausströmt. Weil die Luft vom Einlassfilter 5, Leitung 4, Öffnung 13, Kondensationsvorrichtung 10, Öffnung 16, Leitung 6 bis Auslassöffriung 7 in einem nach außen abgedichteten Raum fließt, entsteht ein selbsttätiges Einströmen der Luft vom Einlassfilter 5 bis zum Ausfließen durch Öffnung 7. Der Luftstrom von Filter 5 bis Auslassöffnung 7 kann bei Bedarf durch Ventilator 11 unterstützt und verstärkt werden. Luftströme zur Kühlung der Kondensationsflächen sind räumlich getrennt von den Luftströmen, aus denen Wasser kondensiert wird.

Die aus Öffnung 7 ausströmende, vorher in der Kondensationsvorrichtung 10 und über Leitungshülle der Leitung 6 erwärmten Luft fließt weiter durch die Öffnung 17 in den Innenraum 18 der fei schwebenden Hülle 1 und wirkt hier als Trage- und Auftriebskraft, welche die Hülle 1 in Schwebe hält.

Ein Schleusenballon 20 mit Ventilklappen 21 und 23 ist durch Leitung 22 und ein Schleusenballon 25 mit Ventilklappen 26 und 28 ist durch Leitung 24 ebenfalls mit dem Innenraum 18 der frei schwebenden Hülle 1 verbunden. Diese Schleusenballone 20 und 25, deren Ventile 21, 23, 26 und 28 mit dem Strömungsmesser 19 und Temperaturmessung 31 + 32 und Luftströmungsklappe 30 in Wirkverbindung stehen, ermöglichen, dass im Innenraum 18 der Hülle 1 durch das gesteuerte Ausschleusen aus diesem eine optimale Ausnutzung der Tragfähigkeit der Luft gegeben ist.

Warme Luft, die von der Öffnung 7 aus der Leitung 6 und durch die Öffnung 17 in den Innenraum 18 einströmt wird von Strömungsvorrichtung 30 in einer Stellung in Richtung Innenseite 18 a und weiter von Ausformung 33 beeinflusst, zur Innenseite 18 b geleitet, in der anderen Stellung in Richtung 18b und weiter von Ausformung 33 zur Innenseite 18a geleitet. Luft die von 18a zu 18b strömt, fließt hernach, nach öffnen des Ventils 21 durch Leitung 22 in den vorher zusammengefalteten Ballon 20. Weil das Ventil 23 geschlossen ist, wird der Ballon 20 durch die Dichteunterschiede der Luft von innerhalb und außerhalb des Ballons 20 geöffnet, sodass Luft aus Balloninnenraum 18 der frei schwebenden Hülle 1 in Ballon 20 strömt Wird Ventil 21 geschlossen und Ventil 23 geöffnet, strömt die davor in Ballon 20 eingeflossne Luft durch das Kollabieren und Zusammenfalten der Hülle des Ballons 20 aus diesem und entweicht, weil ein Gewicht bei Ventil 22 diese Hülle zusammendrückt. Luft, die durch Strömen von 18b zu 18a gelangte, fließt nach Offnen des Ventils 26 durch Leitung 24 in den vorher zusammengefalteten Ballon 25. Weil das Ventil 28 geschlossen ist, wird der Schleusenballon 25 durch Dichteunterschiede der Luft innerhalb und außerhalb des Ballons geöffnet, sodass Luft aus Balloninnenraum 18 der frei schwebenden Hülle 1 in Ballon 25 strömt. Wird Ventil 26 geschlossen und Ventil 28 geöffnet, strömt die davor in Ballon 25 eingeflossne Luft durch das Kollabieren und Zusammenfalten der Hülle des Ballons 25 aus diesem und entweicht, weil ein Gewicht bei Ventil 22 diese Hülle zusammendrückt. Dieser Vorgang wiederholt sich.

Eine zusätzliche Erwärmung der aufströmenden Luft in Leitung 6 kann durch Erhitzungsvorrichtung 35 durchgeführt werden.

Bei Bedarf kann zur Hebung und Stabilisierung des Leitungssystem 3 ein mit Helium gefüllte Stabilisierungshülle 8 verwendet werden.

Eine Alternative oder Ergänzung zur beschriebenen frei schwebenden Hülle 1 ist die Verwendung einer gasgefüllten Hülle 34, die mit Helium als Traggas gefüllt ist und mit Schleppverbindung das Rohrleitungssystem 3 in ungefähr vertikaler Position hält.

Eine zusätzliche Wärmeisolierung der Leitung 4 und 6 oder Verwendung von teilweise absorbierenden Materialien bei Leitung 6 richtet sich nach Aufstellungsart und Klimabedingungen.

Claims (3)

1. ·· ·· ···· ···· · ·· ··»·· · ·· · · • · · · ··♦ · · · · • · · · · · ··« ···· · · · · · · Patentansprüche 1. Oie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wassergewinnung aus der Feuchtigkeit der die Erdoberfläche umgebenden Luft durch Kondensation aus dieser, wobei die dazu benötigte Kälte aus der Erdoberfläche ferneren kälteren Luftschichten, welche durch Rohrleitungen die von frei schwebender Hülle mittels Schleppverbindung in ungefährer, vertikaler Position gehalten, zur und von der Kondensationsvorrichtung geleitet wird, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die kältere erdoberflächenfemere Luft direkt oder indirekt die Kondensationsflächen zur Wasserkondensation der auf der Erdoberfläche befindlichen Kondensationsvorrichtung durch Kälte-/Wärmeaustausch kühlt, wobei diese Luft danach erwärmungsbedingt ihre Dichte verändert und von der Kondensationsvorrichtung durch Leitung weg zur Auslassöffhung in Höhe empor strömt, somit einerseits durch das zwangsläufige Nachfließen der Luft durch Leitung von Einlassöffnung in Höhe in die Kondensationsvorrichtung die erforderliche Luftströmung ganz oder teilweise selbsttätig bewirkt und andererseits, dass durch Auslassöffhung die in Höhe aus Leitung austretende und danach in die frei schwebende Hülle eingeleitete Luft durch ihre geringere Dichte als die der frei schwebenden Hülle umgebende Luft diese ganz oder teilweise in Schwebe hält.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenkammer (18) der frei schwebenden Hülle (1) nicht benötigte oder zu entfernende Luft über ein oder mehrere Schleusenvorrichtungen (20, 25) aus diesen ausgeschleust wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohrleitungssystem (3), die Leitung (4), weiche die Luft vom Luftfilter (5) zu Kondensationsvorrichtung (10) leitet, von der Leitung (6), welche die Luft von Kondensationsvorrichtung zu Auslass* Öffnung £7) leitet, garrzcder teilweise zum Zweck der Verhinderung von Sonneheinstrahlung und Wärmezufuhr von außen in Leitung (4) umschlossen jeführt wird.