AT523683A1

AT523683A1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft

Info

Publication number: AT523683A1
Application number: ATA50293/2020A
Authority: AT
Inventors: Fuchs Wolfgang
Original assignee: Fuchs Wolfgang
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-10-15
Also published as: AU2021253247A1; WO2021203155A1; EP4133133A1; AT523683B1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Gewinnung von Wasser (2) aus einer Umgebungsluft (3), die eine Luftfeuchtigkeit aufweist, mit mindestens einem Einlass (4), mit wenigstens einem Auslass (7), mit einer Einlass (4) und Auslass (7) verbindenden Luftführung (5), die die Umgebungsluft (3) über den Einlass (4) einsaugt und am Auslass (7) ausbläst, und mit einer Kältemaschine (8), die Kühlflächen (8a) in der Luftführung (5) aufweist und zur Gewinnung von Wasser (2) aus der Luftfeuchtigkeit der eingesaugten Umgebungsluft (3) durch deren Trocknung über die Kühlflächen (8a) ausgebildet ist, gezeigt. Ein hoher Wirkungsgrad kann erreicht werden, wenn die Luftführung (5) zumindest im Abschnitt vor den Kühlflächen (8a) der Kältemaschine (8) in einem Untergrund (9) zur Vorkühlung der eingesaugten Umgebungsluft (3) verläuft.

Description

nung über die Kühlflächen ausgebildet ist.

Vorrichtungen zur Gewinnung von Wasser, insbesondere Trinkwasser, aus der Luftfeuchtigkeit einer Umgebungsluft, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Vorrichtungen saugen über einen Einlass Umgebungsluft an, trocknen diese mithilfe eines Kondensators eines Kältemittelkreislaufs, gewinnen dabei Wasser, und blasen diese getrocknete Umgebungsluft über einen Auslass aus. Nachteilig bedarf es für derartige Vorrichtung eines, vergleichsweise hohen Energiebedarfs, insbesondere für den Betrieb des Kältemittelkreislaufs. Zudem sind dieser Vorrichtungen vergleichsweise komplex aufgebaut und aufgrund der Größe in der Menge an erzeugtem Was-

ser beschränkt.

Die Erfindung hat sich ausgehend vom Eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit vermindertem Energiebedarf eine hohe Menge an Wasser aus einer Umgebungsluft gewinnen kann. Zudem soll

die Vorrichtung einfach aufgebaut und daher kostengünstig in der Herstellung sein.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Wasser.

Die Energieeffizienz kann weiter verbessert werden, wenn die Luftführung einen

Rohrwärmetauscher aufweist, der im Untergrund eingebettet ist.

Weitere Verbesserungen ergeben sich, wenn die Luftführung im Wesentlichen im Un-

tergrund verläuft.

Vorzugsweise steht Ein- und Auslass dem Untergrund vor, um standfest Umgebungs-

luft einsaugen und ausblasen zu können. Erhöhte Menge an Wasser kann der Umgebungsluft durch Kondensation entzogen werden, wenn die Kältemaschine ein Kühlregister aufweist, das die Kühlflächen der

Kältemaschine ausbildet.

Die Kondensationsleistung kann erhöht werden, wenn die Luftführung einen Kühlturm

aufweist, in dem die Kühlflächen der Kältemaschine vorgesehen sind.

Eine kompakte Vorrichtung kann geschaffen werden, wenn der Kühlturm den Auslass

aufweist.

sind.

Eine hohe Kühlleistung kann an die Umgebungsluft abgegeben werden, wenn je ein Einlass mit dem Kühlturm über einen radial verlaufenden Luftweg der zueinander pa-

rallelen Luftwege der Luftführung verbunden ist.

Kondensiertes Wasser kann zuverlässig gesammelt werden, wenn die Luftführung

mit einem, vorzugsweise stetigen, Gefälle zum Kühlturm verläuft.

Die Leistung der Vorrichtung kann weiter gesteigert werden, wenn zwischen Rohrwärmetauscher und Kühlturm ein Ringraum vorgesehen ist, der ein Auffangbecken

für kondensierte Luftfeuchtigkeit der angesaugten Umgebungsluft ausbildet.

Vorzugsweise weist die Luftführung Ventilatoren auf, um eine ausreichende Menge

an Umgebungsluft einsaugen zu können.

Ist zudem außen um die Einlässe herum ein, geschlossen umlaufender Wall vorgesehen, kann die ausgeblasene trockene und abgekühlte Umgebungsluft im Bereich der Vorrichtung gehalten werden. Dies begünstigt Bodenkondensation, Nebelbildung, Nieselregen etc., und in weitere Folge auch die Vegetation um die Vorrichtung, ins-

besondere im Bereich mit hohen Tagestemperaturen, beispielsweise in Wüsten.

Vorzugsweise wird Umgebungsluft mit einer Temperatur von größer gleich 30 Grad Celsius über den Einlass eingesaugt.

Vorzugsweise wird die Umgebungsluft mit einer Temperatur von kleiner gleich 10 Grad Celsius über den Auslass ausgeblasen.

Damit kann ein, vergleichsweise hoher Wirkungsgrad erreicht werden.

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf die Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1.

Nach den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Wasser 2 aus einer Umgebungsluft 3, die Luftfeuchtigkeit aufweist, zu erkennen. Diese Vorrichtung 1 weist zum Ansaugen der Umgebungsluft 3 mehrere Einlässe 4 auf, die mit einer Luftführung 5 verbunden sind. Ventilatoren 6 in der Luftführung 5 sorgen für eine stärkere Strömung der Umgebungsluft 3 hin zum Auslass 7, über den die Umgebungsluft 3 ausgeblasen wird.

Die Vorrichtung 1 weist zudem eine erste Kältemaschine 8 auf, die mit Kühlflächen 8a in der Luftführung 5. An den Kühlflächen 8a kondensiert die Luftfeuchtigkeit der eingesaugten Umgebungsluft 3. Damit wird Wasser 2 aus der Umgebungsluft 3 durch

deren Trocknung gewonnen.

Die Vorrichtung weist eine hohe Energieeffizienz auf, da die Luftführung 5 im Abschnitt vor den Kühlflächen 8a der Kältemaschine 8 in einem Untergrund 9, was die eingesaugte Umgebungsluft 3 erheblich vorgekühlt. Dies insbesondere, weil vorzugsweise die Vorrichtung 1 in heißen Gebieten der Erde aufgestellt ist. Die eingesaugte Umgebungsluft weist in solchen Gebieten eine Temperatur von größer gleich 30 Grad Celsius auf. Durch diese Vorkühlung (über einen sogenannten Luft/Erdwärmetauscher) ist sohin mit weniger Kühlleistung für die Kältemaschine 8 der Umgebungsluft

3 Wasser zu entziehen. Eine ausreichend Vorkühlung der Umgebungsluft 3 wird erreicht, in dem die Luftfüh-

rung 5 einen Rohrwärmetauscher 10 aufweist. Der Rohrwärmetauscher 10 ist im Un-

tergrund 9 eingebettet und besteht aus parallelen geführten Rohren 10a.

was die Energieeffizienz der Vorrichtung 1 noch weiter verbessert.

Der Wirkungsgrad bei der Trocknung und Kühlung der Umgebungsluft 3 ist gesteigert, wenn die Kältemaschine 8 ein Kühlregister 11 aufweist, das die Kühlflächen 8a der Kältemaschine 8 ausbildet. Das Kühlregister 11 befindet sich in einem Kühlturm 12 in der Mitte der Vorrichtung 1. Zudem bildet der Kühlturm 12 auch den Auslass 7 der

Vorrichtung 1 aus.

Nach Fig. 2 ist zudem zu erkennen, dass die Vorrichtung 1 mehrere im Kreis um den Auslass 7 angeordnete Einlässe 4 vorgesehen, aufweist. Die Luftführung 5 teilt sich in parallele Luftwege 5a bis 5) auf, die alle je von einem Einlass 4 zu einem gemeinsamen Auslass 7 radial verlaufen und eine sternförmige im Untergrund 9 vorgese-

hene Vorrichtung 1 ausbilden.

Zudem verläuft die Luftführung 5 mit einem stetigen Gefälle zum Kühlturm 12, wobei zwischen Rohrwärmetauscher 10 (als ein Beispiel für einen Luft/Erdwärmetauscher) und Kühlturm 12 ein Ringraum 14 vorgesehen ist, der ein Auffangbecken für kondensierte Luftfeuchtigkeit der angesaugten Umgebungsluft 6 ausbildet. Das Kondenswasser aus dem Ringraum 14 und auch das aus dem Kühlturm 12 aufgefangene Kondenswasser wird gegebenenfalls gereinigt und dann in einen Wassertank 15 ein-

gebracht.

Außen um die Einlässe 4 herum ist ein geschlossen umlaufender Wall 13 vorgesehen, um die ausgeblasene und gekühlte Umgebungsluft 6 im Bereich der Anlage zu

halten. Zudem wird die getrocknete Umgebungsluft 3 mit einer Temperatur von kleiner gleich

10 Grad Celsius über den Auslass 7 ins Freie ausgeblasen. Diese kalte Luft 3 sinkt

auf den Boden und zwingt die darüber liegende heiße Umgebungsluft zur

Die Niederschlagsmenge nimmt dabei vom Kühlturm 12 aus gesehen nach Außen ab. Die Durchmischung mit der heißen Luft erfolgt langsam und es entsteht dabei ein feiner Niederschlag, welcher zur Begrünung der Umgebung führt und in weiterer Folge eine landwirtschaftliche Nutzung des Gebietes ermöglicht.

Zudem sickert das dabei kondensierende Wasser 16 in den Untergrund 9 vor und kühlt die Luftführung 5 vor den Kühlflächen 8a der Kältemaschine 8 ab. Eine nicht näher dargestellte Drainage verwendet auch dieses in den Boden eingesickerte Was-

ser 16 und führt dieses nach Reinigung dem Wassertank 15 zu.

Die Erfindung kann beispielsweise Folgendes ermöglichen:

Umgebungsluft 4 mit 65 °C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit weist ca. 50 ml Wasser/m* auf. Das bedeutet bei 300 Millionen m* eingesaugter Luft/Tag - abgekühlt auf ca. 8 °C (Grad Celsius) durch Ausnützung des Untergrunds ca. 13,5 Millionen Liter Trinkwasser (Wasser) pro Tag. Weitere 106,5 Millionen Liter Trinkwasser werden über Sickerwasser durch Bodenkondensation mithilfe des Drainagesystems gewonnen. Dies, indem die gekühlte Umgebungsluft von der Vorrichtung ausgeblasen wird und damit der Taupunkt der wärmen Luft darüber in einem Radius bis ca. 800 m unterschritten wird.

Bei kühleren Gebieten (oder an kühleren Tagen/Nächten in Wüsten) bei beispielsweise einer Umgebungsluft 4 mit 20 °C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit weist diese ca. 5 mI| Wasser/m3 auf. Das bedeutet bei 300 Millionen m* eingesaugter Luft/Tag abgekühlt auf ca. 0 Grad Celsius — durch Ausnützung des Untergrunds ca. 1,2 Millionen Liter Trinkwasser pro Tag. Um eine tägliche Trinkwassermenge von 120 Millionen Liter zu erreichen (zu gewährleisten), werden weitere 118,8 Millionen Liter Trinkwasser über das Sickerwasser durch Bodenkondensation mithilfe des Drainagesystems gewonnen. Dies, indem kalte Luft von der Vorrichtung ausgeblasen wird und damit der Taupunkt (bei diesen AußRentemperaturen ca. 2 °C) der wärmeren Luft dar-

über über bis ca. 400 m Radius unterschritten wird.

Bei höheren Temperaturen bzw. Außentemperaturen ist durch die Luftführung im Untergrund mehr Ausbeute an Wasser. Bei niederen AuRentemperaturen ist mehr Ausbeute an Wasser durch das Drainagesystem. Die tägliche konstante Trinkwassermenge wird ausgeglichen/reguliert, in dem Leitungen (nicht dargestellt) der Vorrichtung weniger Wasser zu einer Bepflanzung beispielsweise Wald außerhalb des Walls leiten und somit mehr in den Boden sickern kann. An kühleren Tagen benötigt der

Wald weniger Wasser - an heißeren Tagen benötigt der Wald mehr Wasser.

Claims

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser (2) aus einer Umgebungsluft (3), die eine Luftfeuchtigkeit aufweist, mit mindestens einem Einlass (4), mit wenigstens einem Auslass (7), mit einer Einlass (4) und Auslass (7) verbindenden Luftführung (5), die die Umgebungsluft (3) über den Einlass (4) einsaugt und am Auslass (7) ausbläst, und mit einer Kältemaschine (8), die Kühlflächen (8a) in der Luftführung (5) aufweist und zur Gewinnung von Wasser (2) aus der Luftfeuchtigkeit der eingesaugten Umgebungsluft (3) durch deren Trocknung über die Kühlflächen (8a) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (5) zumindest im Abschnitt vor den Kühlflächen (8a) der Kältemaschine (8) in einem Untergrund (9) zur Vorkühlung der

eingesaugten Umgebungsluft (3) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung

(5) einen Rohrwärmetauscher aufweist, der im Untergrund (9) eingebettet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-

führung (5) im Wesentlichen im Untergrund (9) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

Ein- und Auslass (3, 7) dem Untergrund (9) vorstehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (8) ein Kühlregister (11) aufweist, das die Kühlflächen (8a) der

Kältemaschine (8) ausbildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (5) einen Kühlturm (12) aufweist, in dem die Kühlflächen (8a) der Käl-

temaschine (8) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlturm

(12) den Auslass (7) aufweist.

sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Einlass (4) mit dem Kühlturm (12) über einen radial verlaufenden Luftweg (5a bis 5j)

der zueinander parallelen Luftwege (5a bis 5j) der Luftführung (5) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (5) mit einem, vorzugsweise stetigen, Gefälle zum Kühlturm (12) ver-

läuft.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rohrwärmetauscher (10) und Kühlturm (12) ein Ringraum (14) vorgesehen ist, der ein Auffangbecken für die kondensierte Luftfeuchtigkeit der angesaug-

ten Umgebungsluft (3) ausbildet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

dass die Luftführung (5) Ventilatoren (6) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass außen um die Einlässe (4) herum ein, geschlossen umlaufender Wall (13) vor-

gesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungsluft (3) mit einer Temperatur von größer gleich 30 Grad Celsius über den Einlass (4) eingesaugt und/oder Umgebungsluft (3) mit einer Temperatur von

kleiner gleich 10 Grad Celsius über den Auslass (7) ausgeblasen werden.