DE2738874A1 - Verfahren zur gewinnung von wasser aus atmosphaerischer luft und anlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von wasser aus atmosphaerischer luft und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

MASCHINENFABRIK AUGSET7PG-HÜRN3EFG Aktiengesellschaft 2738874
München, den 23. August 1977
Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus Lufrfe
atmosphärischer Luft und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft unter Ausnutzung von Sonnenenergie und unter Verwendung eines wasseradsorbierenden Mittels und eines Wärmespeichers, wobei zwei Luftströme unterschiedlicher Temperatur wechselweise das wasseradsorbierende Mittel bespülen und den Wärmespeicher durchströmen. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bekannt sind Verfahren zur Trocknung von Luft und anderen Gasen. Hierbei wird der Wasserdampf entweder durch Kältemaschinen kondensiert oder von Adsorptionsmitteln, wie z.B. Molekularsiebe, Aktivkohle oder Silikagel aufgenommen.
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Bei einem vorgeschlagenen Verfahren und einer Anlage zur Gewinnung von Wasser aus der Luft wird der in der nächtlich abgekühlten Luft enthaltene Wasserdampf an Silikagel spezieller Art adsorbiert, wobei gleichzeitig ein Wärmespeicher in der Form einer Steinpackung abgekühlt wird. Tagsüber wird mittels der jetzt warmen Luft das Silikagel regeneriert, wobei sich die relative Feuchte der Luft so weit erhöht, daß sich beim Durchströmen der kalten Steinpackung Wasser auf der Steinoberfläche niederschlägt. Das niedergeschlagene Wasser rinnt als Tröpfchen oder Film in eine Auffangwanne.
Die Nachteile des vorgeschlagenen Verfahrens und der Anlage zur Gewinnung von Wasser aus Luft bestehen darin, daß das angewandte spezielle Silikagel sehr teuer ist und außerdem hohe relative Luftfeuchten zur Beladung erfordert, daß die Steine des Wärmespeichers eine sehr große Masse und ein großes Volumen haben, daß sehr viel Wasser an der Oberfläche der Steine haften bleibt und nicht in die Auffangwanne abläuft und daß große Mengen mit Wasserdampf gesättigter Luft die Wassergewinnungsanlage wieder verlassen, so daß es zu großen Verlusten an Wasserdampf kommt.
Ein weiterer Nachteil des vorgeschlagenen Verfahrens zur Wassergewinnung besteht darin, daß sich nur wenige Orte, die sich durch sehr hohe Luftfeuchten und durch extreme
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Temperaturunterschiede auszeichnen, für den Betrieb der Anlage zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eignen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einest Wassergewinnungsverfahren der eingangs erwähnten Art Maßnahmen anzugeben, mit denen bei geringerem apparativen Aufwand und Energieverbrauch mehr Hasser aus der Luft gewonnen werden kann als mit dem vorgeschlagenen Verfahren und mit denen gleichzeitig erreicht werden soll, daß die Hassergewinnung aus der Luft auch an Stellen erfolgen kann, an denen das vorgeschlagene Verfahren nicht durchführbar ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Adsorptionsphase der erste Hasserdampf enthaltende Luftstrom niedriger Temperatur in zwei Teilströme zerlegt wird, von denen der eine Teilstrom das wasseradsorbierende Mittel bespült, wobei diesem Hasserdampf entzogen wird, der an dem wasseradsorbierenden Mittel physikalisch gebunden wird, und von denen der andere Teilstrom durch den Wärmespeicher geleitet wird, wobei er diesem die Härme entzieht, die er von dem zweiten Luftstrom und dem kondensierenden Hasserdampf empfangen hat, daß während einer Desorptionsphase der zweite Luftstrom mittels eines Sonnenkollektors bis auf die höhere Temperatur aufgeheizt wird, daß der aufgeheizte zweite Luftstrom das wasseradsorbierende Mittel bespült, wobei der
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zweite Luftstrom seinen Wasserdampfgehalt durch Aufnahme von in dem wasseradsorbierenden Mittel vorhandenem Wasser erhöht, daß der zweite Luftstrom durch den Wärmespeicher geleitet wird, dem vorher von dem anderen Teilstrom des ersten Luftstromes Wärme entzogen worden ist, wobei in dem zweiten Luftstrom enthaltener Wasserdampf an den Wärmetauscheroberflächen des WärmeSpeichers kondensiert, wobei dem Wärmespeicher wieder Wärme zugeführt wird und der zweite Luftstrom abgekühlt wird, daß das an den Wärmetauscheroberflächen des Wärmespeichers durch Kondensation niedergeschlagene Wasser gesammelt wird und daß der zweite Luftstrom nach Durchströmen des Wärmespeichers erneut mittels des Sonnenkollektors aufgeheizt wird, das wasseradsorbierende Mittel bespült und den Wärmespeicher durchströmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem bereits vorgeschlagenen Verfahren den Vorteil, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich größere Wasserausbeute erzielt werden kann, als mit dem vorgeschlagenen Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch gegenüber dem bereits vorgeschlagenen Verfahren insofern vorteilhaft, als handelsübliche Adsorptionsmittel verwendet werden können, deren Eigenschaften den örtlichen klimatischen Erfordernissen entsprechen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Luftstrom der kühlen Nachtluft entnommen, erfolgen die Beladung des wasseradsorbierenden Mittels mit dem in dem einen Teilstrom des ersten Luftstromes enthaltenen Wasserdampf und der Entzug von Wärme aus dem Wärmespeicher durch den anderen Teilstrom des ersten Luftstromes während der Nachtzeit und erfolgen die Aufnahme des in dem wasseradsorbierenden Mittel gebundenen Wasserdampfes durch den zweiten Luftstrom und die Kondensation des in dem zweiten Luftstrom enthaltenen Wasserdampfes an dem Wasserspeicher während der Tagzeit.
Die Beladung des adsorbierenden Mittels und der Entzug von Wärme aus dem Wärmespeicher während der Nacht ist vorteilhaft, weil die Lufttemperatur bei Nacht sehr stark absinkt und die relative Luftfeuchtigkeit entsprechend hoch ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Anlage angegeben, die durch mindestens einen Ventilator, mindestens einen Sonnenkollektor, mindestens einen zur Aufnahme von einem wasseradsorbierenden Mittel dienenden Adsorberbett und durch mindestens einen regenerativen Wärmespeicher gekennzeichnet ist, wobei der Ventilator, der Sonnenkollektor, das Adsorberbett und der Wärmespeicher in der Desorptionsphase funktionsmäßig der Reihe nach angeordnet und im Kreis geschaltet
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sind und wobei in der Adsorptionsphase das Adsorberbett und der Wärmespeicher parallel geschaltet sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind dem Sonnenkollektor weitere Adsorberbetten und weitere Sonnenkollektoren nachgeordnet und sind einige in Reihe geschaltete Wärmespeicher vorgesehen, wobei in der Desorptionsphase die Adsorberbetten abwechselnd mit den weiteren Sonnenkollektoren in Reihe geschaltet sind und wobei in der Adsorptionsphase die Adsorberbetten parallel oder in Reihe geschaltet sind.
Vorzugsweise enthalten die Wärmespeicher Speichermedien, deren Schmelztemperaturen jeweils höher sind als die Temperatur der Nachtluft, wobei Medien unterschiedlicher Schmelzpunkte verwendet werden können, wenn die Nachttemperaturen im Laufe des Jahres schwanken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 die erfindungsgemäße Anlage in schematischer Darstellung während der Adsorptionsphase, und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Anlage gemäß Fig. 1 ebenfalls in schematischer Darstellung in der Desorptionsphase.
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Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus einem Ventilator 1, mehreren Sonnenkollektoren 2, mehreren Adsorberbetten 3, die mit einem wasseradsorbierenden Mittel gefüllt sind, einem oder mehreren in Reihe geschalteten, regenerativen Wärmespeichern 4, die mit geeigneten Speichermedien gefüllt sind, und einem weiteren Ventilator 5.
Während der Adsorptionsphase (Fig. 1) saugt der Ventilator einen mit Wasserdampf beladenen Luftstrom 6 aus der kühlen Nachtluft an. Der Luftstrom 6 wird in zwei Teilströme 6a und 6b aufgeteilt, von denen der Teilstrom 6a zu den während der Adsorptionsphase parallel oder in Reihe geschalteten Adsorberbetten 3 geführt wird. Der Teilstrom 6a durchströmt die Adsorberbetten 3, wobei das in den Adsorberbetten 3 enthaltene wasseradsorbierende Mittel mit dem Wasserdampf, der in dem Teilstrom 6a enthalten ist, beladen wird. Der zweite Teilstrom 6b wird von dem Ventilator 1 durch die in Reihe geschalteten Wärmespeicher 4 gefördert, wobei sich die in den Wärmespeichern 4 enthaltenen Speichermedien abkühlen bzw. verfestigen. Nachdem der Teilstrom 6b die Wärmespeicher 4 durchströmt hat, wird er von dem Ventilator 5 ins Freie gefördert. Die Strömungsrichtung der beiden Teilströme 6a und 6b ist durch die Pfeile 12 angezeigt. Auch der Teilstrom 6a tritt ins Freie, nachdem er die Adsorberbetten 3 durchströmt hat.
Tagsüber wird die erfindungsgemäße Anlage zur Desorption des in dem wasseradsorbierenden Mittel gebundenen Wassers betrie-
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ben (Fig. 2). Der Ventilator 1 treibt einen Luftstrom 7 an, der in der Anlage zirkuliert. Die Strömungsrichtung des in der Anlage zirkulierenden Luftstromes 7 ist durch die Pfeile 11 angezeigt.
Nachdem der Luftstrom 7 den Ventilator 1 verlassen hat, durchströmt er den ersten der Sonnenkollektoren 2, die Sonnenenergie in Wärme umsetzen und dem Luftstrom 7 zuführen. Der aufgeheizte Luftstrom 7 durchströmt nun abwechselnd die Adsorberbetten 3 und die weiteren Sonnenkollektoren 2, die mit den Adsorberbetten 3 in Reihe geschaltet sind, wobei der Luftstrom 7 dem wasseradsorbierenden Mittel das daran gebundene Wasser entzieht und von den zwischen die Adsorberbetten 3 geschalteten Sonnenkollektoren 2 wieder aufgeheizt wird. Nach Verlassen des letzten Adsorberbettes 3 wird der mit Wasserdampf angereicherte und aufgeheizte Luftstrom 7 von dem Ventilator 5 durch die in Reihe geschalteten regenerativen Wärmespeicher 4 gefördert, wobei die in den regenerativen Wärmespeichern 4 enthaltenen Speichermedien erwärmt bzw. verflüssigt werden und der in dem Luftstrom 7 enthaltene Wasserdampf an den Wärmetauscheroberflächen der Wärmespeicher 4 kondensiert. Das an den Wärmetauscheroberflächen der Wärmespeicher 4 niedergeschlagene Wasser wird gesammelt und in Richtung des Pfeiles 8 abgeführt. Nachdem der Luftstrom 7 den letzten Wärmespeicher 4 durchströmt hat, tritt er wieder in den Ventilator 1 ein, und der Kreislauf beginnt von neuem. Durch die fortwährende Zirkulation des Luftstromes 7 in der erfindungsgemäßen
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Anlage wird nahezu das gesamte an dem wasseradsorbxerenden Mittel gebundene Wasser dem wasseradsorbxerenden Mittel entzogen und in die Wärmespeicher 4 befördert, so daß der Wasserverlust äußerst gering ist.
Die Anzahl der Adsorberbetten, der Sonnenkollektoren and der regenerativen Wärmespeicher ist von den atmosphäri schen und klimatischen Bedingungen am Einsatzort der Anlage und von dem verwendeten Adsorptionsmittel abhängig. Als Adsorptionsmittel eignet sich z.B. Silikagel.
Die Stärke des während der Desorptionsphase in der Anlage zirkulierenden Luftstromes 7 und die Stärke des während der Adsorptions- und Abkühlphase die Anlage durchströmenden Luftströmes 6 können durch die Ventilatoren 1 und 5 eingestellt werden.
Die erfindungsgeroäBe Anlage kann mit Luftfiltern ausgerüstet sein, die einen Eintritt von Staub in die Anlage verhindern. Ferner kann die erfindungsgemäße Anlage Wannen aufweisen, in denen das in den Wärmespeichern 4 gebildete Kondenswasser gesammelt wird. Das gesammelte Wasser kann mit geeigneten Mineralien behandelt werden, so daß es als Trinkwasser zur Verfügung steht.
Anstelle von Sonnenkollektoren 2 kann die erfindungs-
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geaäfie Anlage mit einer Kombination von Wärmetauschern und damit verbundenen Sonnenkollektoren ausgerüstet sein, wobei die Wärmetauscher an die Stelle der bisherigen Sonnenkollektoren 2 treten und die Wärme von den damit verbundenen Sonnenkollektoren beziehen.
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Claims (1)

  1. MASCHINENFABRIK AUG33URG-NÜRNBERG
    Aktiengesellschaft 9738874
    München, den 23. August 1977
    Patentansprüche
    1. ) Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft unter Ausnutzung von Sonnenenergie und unter Verwendung eines wasseradsorbierenden Mittels und eines Wärmespeichers, wobei zwei Luftströme unterschiedlicher Temperatur wechselweise das wasseradsorbierende Mittel bespülen und den Wärmespeicher durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Adsorptionsphase der erste Wasserdampf enthaltende Luftstrom (6) niedriger Temperatur in zwei Teilströme (6a, 6b) zerlegt wird, von denen der eine Teilstrom (6a) das wasseradsorbierende Mittel bespült, wobei diesem Wasserdampf entzogen wird, der an dem wasseradsorbierenden Mittel physikalisch gebunden wird, und von denen der andere Teilstrom (6b) durch den Wärmespeicher (4) geleitet wird, wobei er diesem die Wärme entzieht, die er von dem zweiten Luftstrom (7) und dem kondensierenden Wasserdampf empfangen hat, daß während einer Desorptionsphase der zweite Luftstrom (7)
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    mittels eines Sonnenkollektors (2) bis auf die höhere Temperatur aufgeheizt wird, daß der aufgeheizte zweite Luftstrom (7) das wasseradsorbierende Mittel bespült, wobei der zweite Luftstrom (7) seinen Wasserdampfgehalt durch Aufnahme von in dem wasseradsorbierenden Mittel vorhandenem Wasser erhöht, daß der zweite Luftstrom (7) durch den Wärmespeicher (4) geleitet wird, dem vorher von dem anderen Teilstrom (6b) des ersten Luftstromes (6) Wärme entzogen worden ist, wobei in dem zweiten Luftstrom (7) enthaltener Wasserdampf an den Wärmetauscheroberflächen des WärmeSpeichers (4) kondensiert, wobei der Wärmespeicher (4) wieder Wärme aufnimmt und der zweite Luftstrom (7) abgekühlt wird, daß das an den Wärmetauscheroberflächen des Wärmespeichers (4) durch Kondensation niedergeschlagene Wasser (8) gesammelt wird und daß der zweite Luftstrom (7) nach Durchströmen des Wärmespeichers (4) erneut mittels des Sonnenkollektors (2) aufgeheizt wird, das wasseradsorbierende Mittel bespült und den Wärmespeicher (4) durchströmt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Luftstrom (6) der kühlen Nachtluft entnommen wird, daß die Beladung des wasseradsorbierenden Mittels mit dem in dem einen Teilstrom (6a) des ersten Luftstromes (6) enthaltenen Wasserdampf und der Entzug von Wärme aus dem Wärmespeicher (4) durch den anderen Teilstrom (6b) des ersten Luftstromes (6) während der Nachtzeit erfolgen und daß
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    die Aufnahme des in dem wasseradsorbierenden Mittel gebundenen Wasserdampfes durch den zweiten Luftstrom (7), und die Kondensation des in dem zweiten Luftstrom (7) enthaltenen Wasserdampfes während der Tagzeit erfolgen .
    3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Ventilator (1), mindestens einen Sonnenkollektor (2), mindestens ein zur Aufnahme von einem wasseradsorbierenden Mittel dienenden Adsorberbett (3) und mindestens einen regenerativen Wärmespeicher (4), wobei der Ventilator (1), der Sonnenkollektor (2), das Adsorberbett (3) und der Wärmespeicher (4) in der DeSorptionsphase funktionsmäßig der Reihe nach angeordnet und im Kreis geschaltet sind und wobei in der Adsorptionsphase das Adsorberbett (3) und der Wärmespeicher (4) parallel geschaltet sind.
    4. Anlage gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sonnenkollektor (2) Adsorberbetten (3) und weitere Sonnenkollektoren (2) nachgeordnet sind und daß ein oder mehrere in Reihe geschalteter Wärmespeicher (4) vorgesehen sind, wobei in der Desorptionsphase die Sonnenkollektoren (2) und die Adsorberbetten (3) abwechselnd in Reihe geschaltet sind und wobei in der Adsorptionsphase die Adsorberbetten (3) parallel oder in Reihe geschaltet sind.
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    5. Anlage gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicher (4) Speichermedien enthalten, deren Schmelztemperaturen jeweils höher sind als die Temperatur der Nachtluft.
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