DE2702701A1 - Verfahren zur wassergewinnung aus feuchter luft und anlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur wassergewinnung aus feuchter luft und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2702701A1 DE19772702701 DE2702701A DE2702701A1 DE 2702701 A1 DE2702701 A1 DE 2702701A1 DE 19772702701 DE19772702701 DE 19772702701 DE 2702701 A DE2702701 A DE 2702701A DE 2702701 A1 DE2702701 A1 DE 2702701A1
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Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft ,
München,.den 18. Januar 1977
Verfahren zur Wassergewinnung aus feuchter Luft und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wassergewinnung aus feuchter Luft und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bekannt sind Trocknungsverfahren für Luft und andere Gase. Hierbei wird der Wasserdampf entweder durch Kältemaschinen kondensiert oder von Adsorptionsmitteln, wie z.B. Molekularsiebe, Aktivkohle oder Silicagel, aufgenommen.
Bei einem bekannten Verfahren zur Wassergewinnung aus Luft wird der in der Luft enthaltene Wasserdampf an durch nächtliche Ausstrahlung abgekühlten Kunststoffolien kondensiert und die entstehenden Wassertropfen aufgesammelt. Die Ergiebigkeit dieses Verfahrens ist sehr gering.
7.16^6 - 2 -
809830/0324
Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zur Wassergewinnung aus Luft anzugeben, mit denen unter Verwendung eines Adsorptionsmittels und eines Kondensators mehr V/asser aus der Luft gewonnen v/erden kann als mit dem bekannten Wassergewinnungsverfahren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die feuchte Luft mit einem Adsorptionsmittel in Berührung gebracht wird, das die Feuchtigkeit der Luft entzieht und adsorbiert, daß das mit Feuchtigkeit beladene Adsorptionsmittel mit trockener Luft in Berührung gebracht wird, die die Feuchtigkeit dem Adsorptionsmittel wieder entzieht und aufnimmt, daß die mit Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel beladene Luft einem Kondensator zugeführt wird, in dem der feuchten Luft Wärme entzogen wird, so daß der in der feuchten Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert und daß das bei der Kondensation des Wasserdampfs entstehende Wasser gesammelt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gibt die mit dem Adsorptionsmittel in Berührung gebrachte Luft mit einer nahezu isenthalpen Zustandsänderung unter gleichzeitiger Temperaturzunahme einen Teil ihres Feuchtigkeitsgehaltes an das Adsorptionsmittel ab. Im Kondensator wird der feuchten Luft die Entropie entzogen, die bei der Mischuno; der trockenen Luft und der Feuchtigkeit entstände "kesorptti-vv
den ist. » . verläuft nahezu isenthalp, wobei die Lufttemperatur bei zunehmender
7.1636 809830/0324
Id.1.77
absoluter und relativer Feuchte sinkt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern vorteilhaft als die Ergiebigkeit wesentlich größer als bei dem bekannten Verfahren ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die im Kondensator der feuchten Luft entzogenen Wärme der trokkenen Luft zugeführt bevor die trockene Luft mit dem Adsorptionsmittel in Berührung gebracht wird. Bei diesem Vorgang wird die trockene Luft ungefähr 50° bis 60°C erwärmt, wodurch ihre Aufnahmefähigkeit für die Adsorptionsmittel enthaltene Feuchtigkeit gesteigert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die im Kondensator abgekühlte Luft zur Vorkühlung der in den Kondensator eintretenden Luft verwendet. Bei der Vorkühlung der in den Kondensator eintretenden Luft wird die Enthalpie dieser Luft verringert, so daß die Temperatur der Luft abgesenkt wird und/oder der in der Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die feuchte Luft vor ihrer Berührung mit dem Adsorptionsmittel soweit abgekühlt, daß ihre relative Luftfeuchte dem Sättigungswert nahekommt.
In den ariden und semiariden Zonen, in denen große Temperaturunterschiede zwischen Tag und Macht auftreten, wird nach
18.1.77 809830/0324
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die feuchte Luft während der Nachtzeit aus bodennahen, mit Wasserdampf gesättigten Luftschichten entnommen und dem Adsorptionsmittel zugeführt, und der Entzug der Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel erfolgt während der Tageszeit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, die dadurch gekennzeichnet.ist, daß sie aus einem Lufterhitzer, mindestens einem Adsorber, einem Wärmetauscher, einem Kondensator, einer Wärmepumpe und einem Leitungssystem besteht, das den Lufterhitzer mit dem Adsorber, den Adsorber mit dem Wärmetauscher, den Wärmetauscher mit dem Kondensator, den Kondensator mit der Wärmepumpe und die Wärmepumpe mit dem Lufterhitzer verbindet.
Als Adsorptionsmittel eignen sich besonders gut spezielle, weitporige Silicagele, die eine geringe Benetzungswärme besitzen und die das adsorbierte Wasser weitgehend bei Temperaturen um 5O0C oder darunter desorbieren. Je nach Eigenschaft des Silicagels kann eine Beladung mit Wasser im Adsorber bis zu 75g/100g Gel erreicht werden, wenn die relative Luftfeuchte im Adsorber 5O-6O# nicht unterschreitet.
7.I636 - 5 -
18.1.77
809830/0324
Will man die erfindungsgemäße Anlage in Küstennähe betreiben, vio gleichmäßige Lufttemperaturen mit größerer absoluter Feuchte vorherrschen, so ist es vorteilhaft, wenn die Anlage zwei Adsorber aufweist, die eine Kombination der beiden Kreisläufe ermöglichen, indem die beiden Adsorber abwechselnd beladen und regeneriert werden, wobei das Beladen und das Regenerieren des einen Adsorbers jeweils gleichzeitig mit dem Regenerieren und dem Beladen des anderen Adsorbers erfolgen. Hierbei wird man die überschüssige Wärme zweckmäßigerweise ins Meer abführen, dessen Temperaturen meist niedriger sind als die der Luft.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmepumpe mehrstufig. Die Wärmepumpe wird von einem Motor angetrieben oder sie ist eine mit Sonnenenergie betriebene A^sorberpumpe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wassergewinnung in schematischer Form und
Fig. 2 die thermodynamische Zustandsänderung der durch die in Fig. 1 dargestellten Anlage strömenden Luft in einem Enthalpie - Entropie - Diagramm.
809830/0324
7.1636 - 6 -
18.1.77
Die erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wassergewinnung aus der Luft hat einen Lufterhitzer 1, der über einen Ventilator 2 mit einem Adsorber 3 verbunden ist, in dem sich als Adsorptionsmittel SiIicagel befindet.
Der Adsorber 3 ist mit einem ersten Eingang eines Gegenstromwärmetauschers 4 verbunden, dessen zweiter Eingang und dessen erster Ausgang mit einem Kondensator 5 verbunden sind und dessen zweiter Ausgang ins Freie führt.
Der Kondensator 5 ist mit einer Wärmepumpe 6 verbunden und hat einen Auslaß für das bei der Kondensation anfallende Wasser. Die Wärmepumpe 6 hat einen motorischen Antrieb W, der durch*einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist, und ist mit dem Lufterhitzer 1 verbunden.
Wenn die Anlage in Betrieb ist, strömt feuchte Luft Ll durch den Adsorber 3, in dem das Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit der Luft entzieht und adsorbiert. Die durch den Adsorber strömende feuchte Luft wurde bereits vor ihrem Eintritt in den Adsorber 3 durch Kontakt mit dem durch die nächtliche Ausstrahlung kalten Boden abgekühlt. Nachdem das Adsorptionsmittel mit Feuchtigkeit beladen ist, fördert der Ventilator 2 heiße Luft aus dem Lufterhitzer 1 in den Adsorber 3. Die heiße Luft entzieht dem Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit wieder und nimmt sie auf. Die mit Feuchtigkeit beladene Luft wird dann
809830/032*
in den Gegenstromwärmetauscher 4 geführt, in dem sie Wärme an die vom Kondensator kommende, kühle Luft abgibt, die anschließend ins Freie strömt. Die vorgekühlte Luft wird nun in den Kondensator 5 geführt, in dem ihr Wärme Ql durch die Wärmepumpe 6 entzogen wird, so daß der in der Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert. Die entstehenden Wassertropfen schlagen sich am Kondensator nieder und werden gesammelt. Das Wasser kann über den Auslaß dem Kondensator entnommen werden, wie es durch den strichpunktierten Pfeil dargestellt ist. Die im Kondensator abgekühlte Luft fließt zurück in den Wärmetauscher 4,. wo sie zur Vorkühlung der vom Adsorber kommenden, feuchten Luft herangezogen wird. Die von der Wärmepumpe abgegebene Wärme Q2 wird dem Lufterhitzer 1 zugeführt und dort zur Erwärmung der durch den Lufterhitzer strömenden Luft verwendet wird. In Fig. 1 ist der Luftstrom vom Lufterhitzer 1 zum Kondensator 5 und vom Kondensator 5 zum Gegenstromwärmetauscher mit Ll bezeichnet und die Strömungsrichtung dieses Luftstromes Ll ist durch die zwischen dem Lufterhitzer, Adsorber, Wärmetauscher und Kondensator gezeichneten Pfeile angegeben.
Fig. 2 zeigt die gesamte Zustandsänderung der vom Lufterhitzer 1 zum Kondensator 5 strömenden Luft. Die Enthalpiewerte H und die Entropiewerte S sind jeweils an der Ordinate und der Abszisse des Diagramms aufgetragen.
7.1636 - 8 -
18.1.77
809830/0324
Die mit Ziffern versehenen Kurvenabschnitte stellen die Zustandsänderung der Luft in den verschiedenen Aggregaten 1, 2, 3, ^s 5 und 6 der Anlage dar, wobei die Ziffern an den Kurvenabschnitten mit den Bezugszeichen der Aggregate der Anlage übereinstimmen. Die Zustandsänderungen der Luft im Adsorber 3 ^· - verlaufen nicht ganz isenthalp, da der Luft im Adsorber 3 % 4x Benetzungswärme zugeführt bzw. entzogen wird.
P 809830/0324 ~ 9 ~
e e r s e i t e

Claims (1)

  1. dh/zo
    MASCHINENFABRIK AUGSBURG-Nt)RIiBERG
    Aktiengesellschaft
    München, den 18. Januar 1977
    Patentansprüche
    C 1 .J Verfahren zur Wassergewinnung aus feuchter Luft, dadurch ge*· kennzeichnet, daß die feuchte Luft (Ll) mit einem Adsorptionsmittel in Berührung gebracht wird, das die Feuchtigkeit der Luft entzieht und adsorbiert, daß das mit Feuchtigkeit be Iadene Adsorptionsmittel mit trockener Luft (L2) in Berührung gebräche wird, die die Feuchtigkeit dem Adsorptionsmittel * wieder entzieht und aufnimmt, daß die mit Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel beladene Luft (L2) einem Kondensator (5) zugeführt wird, in dem der feuchten Luft Wärme (Ql) entzogen wird, so daß der in der feuchten Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert und daß das bei der Kondensation des Wasserdampfes entstehende V/asser gesammelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kondensator (5) der feuchten Luft (L2) entzogene Wärme
    7.I636 - 10 -
    18.1.77
    809830/0324
    ORIGINAL INSPECTED
    (Ql) der trockenen Luft (L2) zugeführt wird, bevor die trokkene Luft (L2) mit dem Adsorptionsmittel in Berührung gebracht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kondensator (5) abgekühlte Luft zur Vorkühlung der in den Kondensator (5) eintretenden Luft verwendet wird.
    K. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Luft (Ll) vor ihrer Berührung mit dem Adsorptionsmittel soweit abgekühlt wird, daß die relative Luftfeuchte dem Sättigungswert nahekommt.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Luft (Ll) während der Nachtzeit aus bodennahen, mit Wasserdampf gesättigten Luftschichten entnommen und dem Adsorptionsmittel zugeführt wird und daß die Entnahme der Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel während der Tageszeit erfolgt.
    6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Lufterhitzer (1), mindestens einem Adsorber (3), einem Wärmetauscher (4), einem Kondensator (5), einer Wärmepumpe (6) und einem Leitungssystem besteht, das den Lufterhitzer (1) mit dem Adsorber (3), den Adsorber (3) mit dem Wärmetauscher (1O, den Wärmetauscher (4) mit dem Kondensator (5), den Kondensator (5) mit der Wärmepumpe (6) und die Wärmepumpe (6) mit dem Lufterhitzer (1) verbindet.
    809830/0324
    7.1636 - 11 -
    18.1.77
    27027Q1
    7. Anlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zv/ei Adsorber aufweist.
    8. Anlage gemäß Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (6) mehrstufig ist.
    809830/0324 7.1636
    18.1.77
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