DE19734887C2 - Device for extracting water from the air - Google Patents

Device for extracting water from the air

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus der Luft mit Hilfe eines hygro­ skopischen Absorptionsmaterials, das intermittierend mit feuchter Luft beschickt wird und einer Wärmequelle ausge­ setzt ist.The present invention relates to a device to extract water from the air using a hygro scopic absorption material that intermittently with moist air is fed and a heat source sets is.

In dem Aufsatz "Selective water sorbents for multiple applications", der veröffentlicht wurde in React. Kinet. Ca­ tal. Lett. Vol 59, N°2, 1996, Seiten 325 bis 333, werden Absorptionsmaterialien vorgestellt, die unter anderem auch für die Gewinnung von Frischwasser aus der Umgebungsluft eingesetzt werden können. Es handelt sich insbesondere um Kalziumchlorid CaCl2, mit dem ein poröser Körper aus Silika­ gel imprägniert wird.In the essay "Selective water sorbents for multiple applications" published in React. Kinet. Ca tal. Lett. Vol 59, N ° 2, 1996, pages 325 to 333, absorption materials are presented, which can also be used for the extraction of fresh water from the ambient air. In particular, calcium chloride CaCl 2 is used to impregnate a porous silica gel body.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine ein solches Material verwendende Vorrichtung vor, die mit geringem Energieaufwand, vorzugsweise auf solarer Basis, und prak­ tisch wartungsfrei Wasser zu gewinnen erlaubt.The present invention proposes one Device using material with low Energy expenditure, preferably on a solar basis, and practical table allows maintenance-free water extraction.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung aus, wie sie in der EP-A-0 003 964 beschrieben ist, und stellt sich die Aufgabe deren Ausbeute an Wasser zu vergrößern und deren Energieeinsatz zu verringern.The invention is based on a device as it is described in EP-A-0 003 964, and the Task to increase their yield of water and their Reduce energy consumption.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst. This object is defined by that in claim 1 Device solved.  

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Unteransprü­ che verwiesen.Regarding features of preferred embodiments the device according to the invention is based on the subclaims che referenced.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden einzigen Figur näher erläutert, die schematisch diese Vorrichtung zeigt.The invention is now based on a preferred Embodiment with the help of the enclosed single Figure explained in more detail schematically this device shows.

In der bevorzugten Ausführungsform dient Sonnen­ energie als Wärmequelle, jedoch ist die Erfindung auch mit anderen Wärmequellen realisierbar, wie zum Beispiel mit Abwärme aus Industrieprozessen oder Geothermie.In the preferred embodiment, sunbathing is used energy as a heat source, but the invention is also with other heat sources realizable, such as with Waste heat from industrial processes or geothermal energy.

Wie aus der Figur zu ersehen, enthält ein wannenför­ miger Behälter 1 einen hochporösen Träger, z. B. aus Silika­ gel, dessen Poren mit einem selektiven Wasserabsorptions­ material 2 wie Kalziumchlorid CaCl2, Lithiumbromid LiBr oder Natriumsulfat Na2SO4 imprägniert sind. Der Behälter ist entweder selbst aus einem gut wärmedämmenden Material oder er ist mit einer wärmedämmenden Schicht versehen, die vor­ zugsweise zwischen zwei Wänden des dann doppelwandigen Behälters liegt. In der Figur ist dieser letztgenannte Fall dargestellt, wobei der Zwischenraum nicht nur mit einem wärmedämmenden Material gefüllt, sondern auch noch evakuiert ist. Solche Strukturen sind unter dem Begriff Vakuum-Superi­ solation VSI bekannt. Die flache Wannenform des Behälters ergibt eine große Oberseite, die mit einer Schicht 3 eines Materials dicht bedeckt ist, das bevorzugt den langwelligen Bereich des Sonnenlichts durchläßt. Solches Material ist beispielsweise Schwarzchrom oder Titanoxinitrid (TINOX). As can be seen from the figure, a wannenför shaped container 1 contains a highly porous support, for. B. from silica gel, the pores are impregnated with a selective water absorption material 2 such as calcium chloride CaCl 2 , lithium bromide LiBr or sodium sulfate Na 2 SO 4 . The container is either itself made of a good heat-insulating material or it is provided with a heat-insulating layer, which is preferably between two walls of the then double-walled container. This latter case is shown in the figure, the gap not only being filled with a heat-insulating material, but also being evacuated. Such structures are known under the term vacuum super solvation VSI. The flat trough shape of the container results in a large upper side which is densely covered with a layer 3 of a material which preferably lets through the long-wave region of sunlight. Such material is, for example, black chrome or titanium oxynitride (TINOX).

In den Behälter ragen von der der Schicht 3 entgegen­ gesetzten Seite aus mehrere Rohre 4 hinein, die im Inneren des Behälters perforierte Enden besitzen und außerhalb in eine gemeinsame Sammelleitung 5 münden. Weiter ist, bei­ spielsweise auf einer Schmalseite des Behälters, eine Öff­ nung 6 vorgesehen, die mittels Ventilen bei Bedarf geöffnet bzw. verschlossen wird, wie nachstehend erläutert wird. An diese Öffnung ist über ein Ventil 7 eine Vakuumpumpe 8 angeschlossen, und außerdem kann das Innere des Behälters über diese Öffnung 6 und ein Ventil 9 mit der Außenatmosphä­ re in Verbindung gebracht werden.From the side opposite the layer 3 , several tubes 4 protrude into the container, which have perforated ends inside the container and open into a common collecting line 5 outside. Next, for example on a narrow side of the container, an opening 6 is provided, which is opened or closed by means of valves if necessary, as will be explained below. At this opening, a vacuum pump 8 is connected via a valve 7 , and also the inside of the container can be brought into connection with the outside atmosphere via this opening 6 and a valve 9 .

Dieses Ventil kann wahlweise auch am oberen Ende eines Kamins 10 liegen (Ventil 9'), damit Permanentgas bei der Desorption von Wasser aus dem Material ausgestoßen wird.This valve can optionally also be located at the upper end of a chimney 10 (valve 9 '), so that permanent gas is expelled from the material during the desorption of water.

Die Sammelleitung 5 ist einerseits über ein Ventil 11 mit einem Bereich, aus dem die feuchte Luft angesaugt werden kann, und andrerseits über ein Ventil 12 mit einem Kondensa­ tor 13 verbunden, in dem Wasserdampf kondensieren kann.The manifold 5 is connected on the one hand via a valve 11 with an area from which the moist air can be sucked in, and on the other hand via a valve 12 with a capacitor 13 in which water vapor can condense.

Die Vorrichtung arbeitet in zwei Phasen, die durch die Stellung der einzelnen erwähnten Ventile definiert sind und abwechselnd durch eine reine Zeitsteuerung oder abhängig von Betriebsgrößen wie der Temperatur im Absorptionsmateri­ al. dem Druck im Behälter oder dem Feuchtegehalt der ange­ saugten Luft aktiviert werden.The device operates in two phases the position of the individual valves mentioned are defined and alternately by time control or dependent of operating variables such as the temperature in the absorption material al. the pressure in the container or the moisture content of the sucked air can be activated.

In einer ersten Phase wird feuchte Luft durch das dann offene Ventil 11 in das Absorptionsmaterial 2 einge­ speist, wobei gleichzeitig trockene Luft über das Ventil 9 (bzw. 9') entweicht. Das Ventil 12 ist währenddessen ge­ schlossen. Nun reichert sich das Absorptionsmaterial 2 mit Feuchtigkeit an. Gleichzeitig steigt mit der Wasseraufnahme die Temperatur des Absorptionsmaterials. Diese erste Phase läuft vorzugsweise während der Nachtstunden ab, wenn kühle Lust, die dann selbst in der Wüste noch eine gewisse Menge Feuchtigkeit enthält, eingespeist werden kann.In a first phase, moist air is fed into the absorption material 2 through the then open valve 11, at the same time dry air escaping via the valve 9 (or 9 '). The valve 12 is meanwhile closed ge. The absorption material 2 is now enriched with moisture. At the same time, the temperature of the absorption material increases with the absorption of water. This first phase preferably takes place during the night when cool pleasure, which then still contains a certain amount of moisture even in the desert, can be fed in.

Nach Beginn der Sonneneinstrahlung werden das Ventil 9 (bzw. 9') und das Ventil 11 geschlossen und das Ventil 12 geöffnet. Die Sonne läßt die Temperatur im Absorptionsmate­ rial weiter steigen, wodurch die absorbierte Feuchtigkeit freigesetzt wird und als Wasserdampf über die Sammelleitung 5 in den Kondensator 13 gelangt und dort kondensiert. Das Kondensat kann in einen nicht dargestellten Sammeltank abfließen, der gegebenenfalls Teil einer Trinkwasser-Aufbe­ reitungsanlage ist. Der durch Lecks und Ausgasungen gegebe­ nenfalls ansteigende Luftpartialdruck im Behälter kann durch Steuerung des Ventils 9 auf einen gewünschten Wert begrenzt werden.After the beginning of the solar radiation, the valve 9 (or 9 ') and the valve 11 are closed and the valve 12 is opened. The sun allows the temperature in the absorption material to rise further, whereby the absorbed moisture is released and reaches the condenser 13 as water vapor via the manifold 5 and condenses there. The condensate can flow into a collecting tank, not shown, which is possibly part of a drinking water treatment plant. The possibly increasing due to leaks and outgassing air partial pressure in the container can be limited to a desired value by controlling the valve 9 .

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Vorrichtung beschränkt. So kann auch ein Kompressor vor­ gesehen sein, der die feuchte Luft über das Ventil 11 in die Sammelleitung drückt. Weiter ist es möglich, anstelle der Vielzahl von über das Volumen des Behälters 1 verteilten Rohren 4 zur Einspeisung der feuchten Luft in der ersten Phase und zur Entnahme des Wasserdampfs in der zweiten Phase nur wenige oder ein einziges solches Rohr vorzusehen, das möglichst weit entfernt von der Öffnung 6 ist, sodaß die Luft durch ganze Volumen des Behälters strömt.The invention is not limited to the device described above. A compressor can also be seen in front of it, which presses the moist air via the valve 11 into the collecting line. It is also possible, instead of the large number of tubes 4 distributed over the volume of the container 1 , for feeding in the moist air in the first phase and for removing the water vapor in the second phase, to provide only a few or a single such tube which is as far away from the opening 6 , so that the air flows through the entire volume of the container.

Im Rahmen der Erfindung kann die Schicht 3 auch transparent sein, sodaß dann die Strahlung im porösen Trä­ germaterial für das Absorptionsmaterial in Wärme umgewandelt wird. Dann ist dieses Trägermaterial dunkelfarbig, bevorzugt schwarz, und besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff. Die transparente Schicht kann aus einer einzigen Scheibe oder besser aus einer Mehrschichtanordnung mit einer Zwischen­ schicht zwischen zwei transparenten Scheiben bestehen, wobei die Zwischenschicht ein Aerogel enthält und/oder evakuiert ist, damit der Wärmeverlust während der sonnenlosen kalten Tages- oder Nachtzeiten beschränkt bleibt.In the context of the invention, the layer 3 can also be transparent, so that the radiation in the porous carrier material for the absorption material is then converted into heat. Then this carrier material is dark-colored, preferably black, and preferably consists of carbon. The transparent layer can consist of a single pane or better of a multilayer arrangement with an intermediate layer between two transparent panes, the intermediate layer containing an airgel and / or being evacuated so that the heat loss during the sunless cold day or night is limited.

Die Sonne als Wärmequelle kann auch durch eine Heizschlange im Behälter ersetzt werden, die von einem Wärmeträgerfluid durchflossen wird.The sun can also be used as a heat source Heating coil in the tank to be replaced by a Heat transfer fluid is flowed through.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus der Luft mit Hilfe eines hygroskopischen Absorptionsmaterials, das intermittierend mit feuchter Luft beschickt wird und einer Wärmequelle ausgesetzt ist, wobei die Vorrichtung einen dichten Behälter (1) für das Absorptionsmaterial (2) mit mindestens einem Mittel (4) zur Einspeisung von feuchter Luft und die Abfuhr von Wasserdampf zu einem Kondensator (13) sowie mit einer Öffnung (6) für die Abfuhr trockener Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumpumpe (8) mit dem Mittel (4) verbunden ist und prozessorgesteuerte Ventile (7, 9, 11, 12) vorhanden sind, die einen Betrieb in zwei Phasen erlauben, von denen die erste eine Einspeisung von feuchter Luft in den Behälter (1) und die zweite eine Regeneration des Absorptionsmaterials (2) und Kondensation des freigesetzten Wasserdampfes bewirkt. 1. Device for extracting water from the air with the aid of a hygroscopic absorption material which is intermittently charged with moist air and is exposed to a heat source, the device comprising a sealed container ( 1 ) for the absorption material ( 2 ) with at least one agent ( 4 ) for feeding in moist air and the removal of water vapor to a condenser ( 13 ) and with an opening ( 6 ) for the removal of dry air, characterized in that a vacuum pump ( 8 ) is connected to the means ( 4 ) and is processor-controlled Valves ( 7 , 9 , 11 , 12 ) are available which allow operation in two phases, the first of which feeds moist air into the container ( 1 ) and the second allows regeneration of the absorption material ( 2 ) and condensation of the released Causes water vapor. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Behälter ein Kamin (10) angebaut ist, der an seinem oberen Ende mit einem Ventil (9') verschlossen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a chimney ( 10 ) is attached to the container, which is closed at its upper end with a valve ( 9 '). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumpumpe (8) über ein Ventil (7) an den Behälter (1) angeschlossen ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a vacuum pump ( 8 ) via a valve ( 7 ) is connected to the container ( 1 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (4) außerhalb des Behälters (1) über je ein Ventil (11, 12) mit dem Bereich feuchter Luft bzw. dem Kondensator (13) verbunden ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means ( 4 ) outside the container ( 1 ) via a valve ( 11 , 12 ) with the area of moist air or the condenser ( 13 ) is connected. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (4) aus mehreren außerhalb des Behälters miteinander kommunizierenden Rohren besteht, die innerhalb des Behälters (1) perforiert sind und gleichmäßig über das Behältervolumen verteilt sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means ( 4 ) consists of several tubes communicating with each other outside the container, which are perforated within the container ( 1 ) and are evenly distributed over the container volume. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer solaren Wärmequel­ le der Behälter (1) die Form einer flachen Wanne hat, deren Wände mit Ausnahme der der Sonnenstrahlung ausgesetzten Seite wärmedämmend ausgeführt sind.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the case of a solar heat source the container ( 1 ) has the shape of a flat trough, the walls of which, except for the side exposed to solar radiation, are heat-insulating. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Seite mit einer wellenlängenselektiven Schicht (3) bedeckt ist, die bevor­ zugt das langwellige Licht durchläßt.7. The device according to claim 6, characterized in that the side exposed to solar radiation is covered with a wavelength-selective layer ( 3 ), which transmits before given the long-wave light. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schicht (3) aus Schwarzchrom oder Titanoxini­ trid ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the layer ( 3 ) made of black chrome or Titanoxini trid. 9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial aus der Gruppe der selektiven Wasser-Absorptionsmaterialien ausge­ wählt ist, zu der CaCl2, LiBr und Na2SO4 gehören.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the absorption material is selected from the group of selective water absorption materials, to which CaCl 2 , LiBr and Na 2 SO 4 belong. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Seite des Behälters (1) mit einer transparenten Schicht bedeckt ist und daß das Absorptionsmaterial in ein poröses dunkelfarbi­ ges Trägermaterial verteilt eingebracht ist.10. The device according to claim 6, characterized in that the solar radiation exposed side of the container ( 1 ) is covered with a transparent layer and that the absorption material is introduced distributed in a porous dunkelfarbi ges carrier material. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägermaterial schwarzer Kohlenstoff ist.11. The device according to claim 10, characterized records that the carrier material is black carbon. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht aus einem Vakuumraum zwischen zwei transparenten Scheiben be­ steht.12. The device according to one of claims 10 and 11,  characterized in that the transparent layer a vacuum space between two transparent panes stands. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht zwi­ schen zwei transparenten Scheiben ein transparentes Aerogel enthält.13. Device according to one of claims 10 and 11, characterized in that the transparent layer between a transparent airgel contains.
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