DE2752748A1

DE2752748A1 - Verfahren und anlage zur gewinnung von wasser aus feuchter luft

Info

Publication number: DE2752748A1
Application number: DE19772752748
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Hussmann
Original assignee: MITTEX ANSTALT
Current assignee: MITTEX ANSTALT
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1979-05-31
Also published as: US4219341A

Description

Anmelder: - fy\· Vertreter;

MITTEX Anstalt Patentanwalt

Aeulestraße 5 Helmut Walter

Aubinger Str. 81 FL-9490 Vaduz

Liechtenstein ⁸⁰⁰° ^{München 60}

Hünchen, den 25. November 1977

Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Wasser aus feuchter Luft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Wasser aus feuchter Luft, wobei in der Nacht feuchte Luft niederer Temperatur eine wasserspeichernde Adsorptionsmittelschicht zur Adsorption von in der feuchten Luft enthaltenem Wasser durchströmt und wobei am Tag mittels Sonnenenergie aufgeheizte Luft höherer Temperatur, die höher ist als die Umgebungstemperatur am Tag, die Adsorptionsmittelschicht zur Desorption und Aufnahme des in der Nacht von dieser Schicht der feuchten Luft entzogenen Wassers durchströmt und anschließend zur Kondensation des aufgenommenen Wassers abgekühlt wird, das nach der Kondensation abgeleitet wird.

Mit diesem Verfahren kann man eine relativ große Wasserausbeute erzielen, wenn u. a. der Temperaturunterschied zwischen der am Tag und der in der Nacht die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft groß ist und wenn die am Tag in die Schicht eingeführte Luft eine geringe relative Feuchte besitzt,

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so daß deren Aufnahmefähigkeit für das des Nachts von der Adsorptionsmittelschicht adsorbierten Wassers entsprechend groß ist.

Aus der Offenlegungsschrift 26 24 392 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in der Nacht die feuchte Luft aus der Umgebung zunächst durch eine Packung mit ihr zu kühlender Steine und danach zur Adsorption von in der Luft enthaltenem Wasser durch eine Schicht als Adsorptionsmittel dienendes Silicagel spezieller Art mit einem Adsorptionsbereich zwischen 0 und 20 ⁰C und einem Desorptionsbereich zwischen 25 und 70 ⁰C geleitet wird. Am Tag wird dann in umgekehrter Reihenfolge Luft aus der Umgebung zuerst durch die in der Nacht gekühlte Steinpackung geleitet, so daß aus der Nachtluft von der Silicagelschicht aufgenommenes Wasser der Silicagelschicht von der Luft am Tag wieder entzogen wird und an den nachts gekühlten Steinen kondensiert und abgeleitet werden kann. Bevor die Tagluft in die Silicagelschicht eintritt, wird sie durch Aufnahme von Wärme, die von der den Sonnenstrahlen ausgesetzten Oberfläche der Silicagelschicht abgegeben wird, auf eine oberhalb der Außentemperatur liegende Temperatur aufgeheizt. Die Aufheizung der in die Silicagelschicht geleiteten Luft auf eine höhere Temperatur als die Außentemperatur wird bei dem bekannten Verfahren dadurch bewirkt, daß die Luft zwischen einer lichtdurchlässigen, oberhalb der Silicagelschicht

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angeordneten Abdeckung und der den Sonnenstrahlen ausgesetzten Oberfläche der Silicagelschicht hindurchgeleitet wird, bevor sie in die Silicagelschicht eintritt. Durch diese Maßnahme wird die sogenannte Regnerationsluft bei einer Tagesdurchschnittstemperatur der Außenluft von z. B. 40 ⁰C bis zu 52 ⁰C aufgeheizt. Durch entsprechende Maßnahmen an der Abdeckung kann noch eine etwas höhere Temperatur der Regnerationsluft erzielt werden.

Dieses aus der Offenlegungsschrift bekannte Verfahren ist jedoch nur dort durchführbar, wo bei Nacht die Außentemperaturen der Luft nicht über 20 ⁰C liegen, und es kann nur dort wirtschaftlich durchgeführt werden, wo die Temperaturunterschiede der Außenluft zwischen Tag und Nacht groß sind, da die durch die Sonneneinstrahlung bewirkte Aufheizung der in die Silicagelschicht eingeführten Luft nur eine relativ geringe Temperaturerhöhung ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß es dazu benützt werden kann, auch bei solchen klimatischen Bedingungen wirtschaftlich Wasser aus der Luft zu gewinnen, bei denen das aus der Offenlegungsschrift bekannte Verfahren überhaupt nicht mehr durchführbar ist oder bei denen das bekannte Verfahren unwirtschaftlich wird.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine durch Absorption von Sonnenstrahlen die Aufheizung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft bewirkenden, dunkelfarbenen Substanz als Adsorptionsmittel verwendet wird und/oder daß zur Aufheizung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft ein mittels Sonneneinstrahlung aufgeheizter Heizkörper von dieser Luft umströmt wird und/oder daß ein oder mehrere Reflektoren verwendet werden, die die Sonnenstrahlen auf die Adsorptionsmittelschicht und/oder den Heizkörper zu deren bzw. dessen Aufheizung lenken, um die am Tag den Heizkörper und/oder die Adsorptionsmittelschicht um- bzw. durchströmende Luft aufzuheizen, wobei das Adsorptionsmittel so gewählt wird, daß die Temperatur der des Nachts die Schicht durchströmende Luft innerhalb seines Adsorptionsbereiches liegt und daß die Temperatur der aufgeheizten, am Tag die Schicht durchströmenden Luft innerhalb seines Desorptionsbereiches liegt.

Durch diese Maßnahmen wird eine wesentlich größere Temperaturerhöhung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft ermöglicht als bei dem bereits bekannten Verfahren, so daß einerseits die relative Feuchte der in die Schicht einströmenden Luft stark abgesenkt werden kann, um ihre Aufnahmefähigkeit für das in der Schicht gespeicherte Wasser zu erhöhen und andererseits der sich auf die Wasserausbeute stark auswirkende Temperaturunterschied zwischen der Nachtluft

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und der aufgeheizten, am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft stark vergrößert werden kann, und weniger von dem gegebenen Temperaturunterschied der Außenluft zwischen Tag und Nacht abhängt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bekannten Verfahren liegt darin, daß der für die Desorption erforderliche Luftdurchsatz erheblich geringer ist als bei dem bekannten Verfahren wo^duch die in der Abluft nach der Kondensation verbleibende Wassermenge vermindert

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft während des Durchströmens der Schicht nochmals Wärme zugeführt, die in dem Heizkörper durch Sonneneinstrahlung erzeugt worden ist und in das Innere der Schicht geleitet worden ist.

Durch diese Zwischenaufheizung der Regenerationsluft kann ihre Temperatur während des Durchströmens der Adsorptionsmittelschicht konstant oder nahezu konstant gehalten bzw. auf die am Eintritt in die Schicht herrschende ursprüngliche Temperatur wieder erhöht werden.

Vorzugsweise wird die Temperatur der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmendenLuft am Eintritt in die Schicht

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auf 60 bis 150 ⁰C erhöht. Da die gesättigte Luft aufgrund der Zwischenaufheizung und/oder der vorhergehenden starken Aufheizung am Austritt aus der Adsorptionsmittelschicht eine immer noch oberhalb der Umgebungstemperatur liegende Temperatur hat, ist es möglich geworden, die Abkühlung der Luft für die Kondensation des Wassers durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft vorzunehmen. Eine verstärkte Abkühlung der gesättigten, aus der Adsorptionsmittelschicht wieder austretenden Luft wird vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit einem in der Nacht abgekühlten Kältespeicher durchgeführt. Die Abkühlung der gesättigten Luft kann auch durch einen kombinierten Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft und einem in der Nacht gekühlten Kältespeicher stattfinden. Bei einem kombinierten Wärmeaustausch wird die Abkühlung der Luft vorzugsweise zuerst Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft und danach durch Wärmeaustausch mit dem in der Nacht gekühlten Kältespeicher durchgeführt. Wenn ein Kältespeicher verwendet wird, so kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur Abkühlung des Kältespeichers die Luft durch den Kältespeicher geleitet werden bevor sie in die Adsorptionsmittelschicht geführt wird.

Einen Wasserverlust in der Abluft kann man fast gänzlich vermeiden, wenn man tagsüber die Luft im Kreislauf durch die Adsorptionsmittelschicht führt, wobei bei jedem Umlauf der Luft nach der Kondensation Luft aus der Umgebung zugemischt wird.

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Die Anlage für die Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine zur Adsorption und Desorption des in der Nacht der feuchten Luft entzogenen Wassers dienenden Adsorptionsmittelschicht, deren Oberfläche am Tag der Sonneneinstrahlung auszusetzen ist, und durch einen Kondensator, in dem der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmende Luft zur Kondensation des aus der Adsorptionsmittelschicht aufgenommenen Wassers Wärme zu entziehen ist, wobei als Adsorptionsmittel eine durch Adsorption von Sonnenstrahlen die Aufheizung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft bewirkende, dunkelfarbene Substanz eingesetzt ist, die so gewählt ist, daß die Temperatur der des Nachts die Schicht durchströmende Luft innerhalb ihres Adsorptionsbereiches liegt und daß die Temperatur der aufgeheizten, am Tag die Schicht durchströmenden Luft innerhalb ihres Desorptionsbereiches liegt, und/oder wobei ein mittels Sonneneinstrahlung zu erwärmender, dunkelfarbener Heizkörper vorgesehen ist, der am Tag von der die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft zur Aufheizung dieser Luft zu umströmen ist und/oder wobei ein oder mehrere Reflektoren ?ur Lenkung der Sonnenstrahlen auf die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht und/oder den Heizkörper vorgesehen sind.

Hierbei ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung der Heizkörper als luft- und lichtdurchlässiges, flächiges Bauteil

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ausgebildet, das oberhalb der Adsorptionsmittelschicht angeordnet und von der am Tag in die Adsorptionsmittelschicht eintretenden Luft vor deren Eintritt in die Schicht zu durchströmen ist, so daß sie dabei aufgeheizt wird. Vorzugsweise ist das luft- und lichtdurchlässige, flächige Bauteil ein Gewebe oder Netz aus Metalldrähten oder ein Lochblech. Damit die Luft beim Durchströmen der Adsorptionsmittelschicht immer wieder aufgeheizt werden kann, besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das flächige Bauteil aus einem wärmeleitfähigen Metall und ist von oben nach unten durch die Adsorptionsmittelschicht hindurchgeführt, derart, daß die Luft beim Durchströmen der Adsorptionsmittelschicht durch das Bauteil innerhalb der Schicht hindurchtreten muß. Vorzugsweise wird als flächiges Bauteil ein Gewebe aus schwarz eloxiertem Aluminium gewählt. Aluminium hat den Vorteil, daß es relativ billig und stark wärmeleitfähig ist und durch die schwarze Eloxierung ein hohes Absorptionsvermögen für die Sonnenstrahlen erhält.

Ein bedeutendes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Alurainiumgewebe schlangen- oder zickzackförmig von oben nach unten geführt und daß das Adsorptionsmittel zwischen den einzelnen Abschnitten des Gewebes eingebettet, wobei ^3as Adsorptionsmittel und das Gewebe zusammen ein vorgefertigtes, kompaktes, kastenförmiges, flaches Ab- und Adsorptionspaket bilden.

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Vorzugsweise ist das Gewebe des Ab- und Adsorptionspaketes an seinen Unikehrpunkten jeweils mit dem obersten, quer verlaufenden Abschnitt durch zwei seitliche Gewebeabschnitte verbunden, so daß möglichst viel von der im obersten Gewebeabschnitt aufgenommenen Wärme nach unten in die Adsorptionsmittel schicht geleitet wird. Zwischen den seitlichen, die Umkehrpunkte verbindenden Abschnitte können Abstandshalter angeordnet sein, die im Inneren der Adsorptionsmittelschicht die quer verlaufenden Abschnitte des Gewebes mit dem oberen Gewebeabschnitt verbinden, damit eine verstärkte Wärmeleitung möglich ist.

Zur Vergrößerung der den Sonnenstrahlen auszusetzenden Oberfläche des Ab- und Adsorberpakets ist die Oberfläche des Pakets oder das gesamte Paket gewellt oder zickzackförmig.

Bei Verwendung einer Vielzahl von Ab- und Adsorberpaketen sind die Ab- und Adsorberpakete aneinandergefügt, vorzugsweise miteinander verschraubt und gegeneinander abgedichtet, um zu vermeiden, daß Luft zwischen den Ab- und Adsorptionspaketen hindurchströmt.

Die zur besseren Strahlenausnutzung dienenden Reflektoren sind vorzugsweise als Flach- oder Parabolspiegel ausgeführt, die am oberen Rand der Adsorptionsmittelschicht so angeordnet sind, daß sie die einfallenden Sonnenstrahlen auf

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die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht und, wenn vorhanden, auf den Heizkörper, der z. B. das Aluminiurngewebe sein kann, lenken. Als Reflektoren kann auch eine Vielzahl von Flachspiegeln verwendet werden, die über die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht verteilt in die Schicht eingebaut sind. Statt Flachspiegel kann auch ein strahlenreflektierendes Pulver z. B. Al-Pulver in der Schicht verteilt sein.

Bei Verwendung von schräg gestellten Spiegeln ist es zweckmäßig, wenn die Ab- und Adsorberpakete mit horizontalem Abstand voneinander angeordnet sind und der Raum zwischen den einzelnen Paketen durch die nach oben ragenden Spiegel abgedeckt ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Kondensator eine Packung Steine verwendet, die gleichzeitig als Kältespeicher dienen und unterhalb der Adsorptionsmittelschicht angeordnet sind. Als Alternative zu den Steinen kann auch ein Wärmeaustauscher mit eingebauter Kondensatorfläche verwendet werden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den Wärmeaustauscher mit dem Kältespeicher zu kombinieren, wobei dann der Wärmetauscher oberhalb des Kältespeicher^ angeordnet ist, so daß die aus der Adsorptionsmittelschicht austretende Luft zuerst durch den Wärmeaustauscher geführt und dann durch den Kältespeicher geleitet wird.

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Obwohl handelsübliche Silicagele oder andere derzeit bekannte Adsorptionsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden könnten, ist es zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der Anlage zweckmäßig, wenn man als Adsorptionsmittel ein Silicagel wählt, das in der Lage ist, aus einer Feuchtluft von nur 25 bis 30 % relativer Feuchte bei Temperaturen bis 30 ⁰C eine Wassermenge von 30 bis 40 % seines Gesamtaufnahmevermögens bzw. von 40 bis 60 % seines Eigengewichts aufzunehmen. Damit die Gelschicht, die einfallenden Sonnenstrahlen absorbieren kann, ist sie zumindest an der Oberfläche tief schwarz, vorzugsweise mit Ruß eingefärbt, wobei die Rußmenge bezogen auf das Sol 0,05 bis 0,03 % betragen kann. Die Rußbeigabe hat einen nur sehr geringen Einfluß auf die Adsorptionskapazität des Silicagels, es ist aber auf alle Fälle günstiger, stark färbende Ruße in geringen Mengen statt große Mengen von weniger stark einfärbendem Ruß der Wasserglaslösung oder dem Reaktionsgemisch bei der Solbildung beizugeben.

Vorzugsweise wird das Silicagel in Form von grobkörnigen Kugeln von z. B. 5 bis 8 mm Durchmesser und/oder Granulat verwendet. Die Verwendung von Kugeln gegenüber dem Granulat hat den Vorteil, daß die zwischen den Kugeln gebildeten Zwischenräume wesentlich größer sind als bei dem kompakt liegenden Granulat, so daß das Schlucken von Sonnenenergie begünstigt wird.

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Zur Erleichterung des Wärmeaustausches zwischen der die Silicagelschicht durchströmenden Luft und dem Silicagel sind nicht nur die bzw. das die Oberfläche der Schicht bildenden Kugeln oder Granulat sondern die Gesamtheit der Kugeln bzw. des Granulats tief schwarz eingefärbt.

Die durch den Tonierungsvorgang und durch den vorhergehenden Geliervorgang bedingte relative rauhe Oberfläche der Silicagelkugeln ist für die Absorption von Sonnenenergie von Vorteil.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Adsorptionsmittelschicht aus mehreren übereinanderliegenden Lagen von Silicagelen mit unterschiedlichem Ad- und Desorptionsvermögen. Diese Silicagele sind in ihren Eigenschaften den am Ort der Anlage herrschenden klimatischen Bedingungen hinsichtlich Lufttemperatur und Luftfeuchte angepaßt. Die zu verwendenden Gelarten haben z. B. nachstehende Eigenschaften:

Tabelle 1

Gelart Schichthöhe

cm

e'Granulat 10-15 e-ge formt 10-15 m-geformt 10-30 w-geformt 10-30 w-geformt 10-30 Universalgel 40-100

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AdsorpTP. ⁰C	rel Luft feuchte %	Adsopmenge % d. Eigen gewichts	Des O	Te C
0-60	20-100	30-40	80-1	50
0-50	20-100	30-50	70-1	30
0-45	35-100	50-60	6O-	90
0-38	40-100	55-80	50-	80
0-20	4O-K)O	60-80	3O-	60
0-30	2O-1OO	35-50	6O-	80

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Bei dem Einsatz von mehreren Gellagen übereinander ergibt sich die Möglichkeit, die Anlage bei der Desorption so zu betreiben, daß in der unteren Gellage bereits die Kondensation des Wassers beginnt und das hat den Vorteil, daß dadurch die Kapazität des Kondensators, der z. B. eine Steinpackung sein kann, vermindert wird.

Man kann zwei bis fünf Lagen von Silicagelen einsetzen. Vorzugsweise werden drei oder vier Lagen verwendet, wobei der Reihe nach von oben nach unten E-GeIe, dann E-M-GeIe, dann M- und W-GeIe angeordnet sind. Bei einem Dreilagenaufbau wird vorzugsweise oben ein Spezial-E-Gel eingesetzt, das 30 bis 45 % Wasser aufnehmen kann und bei 70 bis 90 ° desorbiert. Danach folgt ein E-GeI oder M-GeI, das 40 bis 50 % Wasser aufnimmt und bei bis 85 ⁰C desorbiert. Als dritte und unterste Lage kommt dann ein Gel, das zwischen M und E liegt, 50 bis 60 % Wasser aufnimmt, und das bei 55 bis 75 oder 70 ⁰C desorbiert. Bei einem Vierlagenaufbau wird als vierte Lage vorzugsweise ein W-GeI verwendet, das 60 bis 70 % Wasser aufnimmt und bei 50 bis 65 ⁰C desorbiert.

Bei Verwendung von Ab- und Adsorberpaketen in der Anlage ist es zweckmäßig, wenn jede Lage Silicagel zwischen jeweils zwei parallel verlaufenden Abschnitten des Aluminiumgewebes eingebettet ist. Die Dicke der einzelnen Lagen bzw. die Gesamtschichthöhe des Gels wird dabei so gewählt, daß jeweils in der zur Verfügung

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stehenden Zeit von maximal etwa je 10 Stunden für Ad- und Desorption eine vollständige Be- und Entladung des Geles möglich wird. Die Gesamtschichtdicke der Gelschicht wird bei Mehrlagenanordnung größer als bei Verwendung nur einer Gelsorte für die gesamte Schicht. Gesamtschichtdicken von 60 bis 9O mm sind z. B. ausreichend um bei 25 ⁰C Nachttemperatur, entsprechender Abkühlung des Kältespeichers und einer Desorptions- = Kondensationstemperatur von 60 ⁰C aus einer Tagesluftmenge von 5 cbm 1 1 Wasser zu gewinnen. Dieser Luftbedarf der sogenannten Schubluft beträgt nur etwa 2 bis 10 % der bei Verwendung einer üblichen Gelsorte erforderlichen Luftmenge. Dabei tritt nur ein Verlust von 25 g Wasser je kg trockener Luft in der Abluft ein.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Silicagele sind gemäß dem aus der eingangs erwähnten Offenlegungsschrxft bekannten Verfahren hergestellt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist oberhalb der Ab- und Adsorberpakete eine lichtdurchlässige Abdeckung angeordnet, die aus Einfach- oder Doppelglas- oder Kunststoffplatten vorzugsweise Doppelpolyacrylplatten besteht. Hierbei ist es wesentlich, daß diese Abdeckung stark isolierend wirkt und geringe Rückstrahlungswerte hat.

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Zwischen den Ab- und Adsorptionspaketen und dem darunter liegenden Kondensator, der z. B. eine Steinpackung sein kann, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine luftdurchlässige Isolierschicht angeordnet, die vorzugsweise aus einer Lochplatte aus Aluminium, Polyester oder einem anderen Kunststoff besteht. Diese luftdurchlässige Isolierschicht hat u. a. die Aufgabe eines Verteilers für die aus dem Ab- und Adsorberpaket kommende^ gesättigte ' Luft.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben . Es zeigen

Fig. 1 eine Anlage zur Wassergewinnung nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine modifizierte Anlage zur Wassergewinnung nach, dem erfindungsgemäßen Verfahren in schematischer Darstellung und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein gewelltes Ab- und

Adsorberpaket, wobei die verschiedenen Lagen der Adsorptionsmittelschicht nur angedeutet sind.

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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage zur Wassergewinnung besteht aus einer Vielzahl von aneinandergefügten und gegeneinander abgedichteten Ab- und Adsorptionspaketen 1, einer oberhalb den Ab- und Adsorptionspaketen angeordneten lichtdurchlässigen Abdeckung 2 und einer unterhalb den Ab- und Adsorptionspaketen 1 angeordneten luftdurchlässigen Isolierschicht 3. In der Zeichnung sind nur zwei der Ab- und Adsorptionspakete dargestellt. Unterhalb der Isolierschicht 3 befindet sich ein Kältespeicher 4, der aus einer Steinpackung besteht. Zum Fördern der Luft durch die Anlage sind Ventilatoren 5 vorgesehen. Die Strömungsrichtung der Luft in der Nacht ist mit den in der Zeichnung links dargestellten Pfeilen angedeutet. Die Pfeile auf der rechten Seite der Zeichnung deuten die Strömungsrichtung der Luft während des Tages an. Mit dem Pfeil 6 ist das aus dem Kältespeicher 4 austretende Wasser bezeichnet.

Jedes Ab-und Adsorberpaket 1 besteht aus einem schwarz eloxiertem Aluminiumgewebe 7, das zickzackförmig von oben nach unten geführt ist. Zwischen jeweils zwei parallel verlaufenden Gewebeabschnitten ist jeweils eine Lage schwarz eingefärbter Silicagelkugeln angeordnet. Das Gewebe 7 ist an den Umkehrpunkten mit dem oberen Abschnitt des Gewebes verbunden. Ferner sind zwischen den Umkehrpunkten Abstandshalter angeordnet, die den oberen Abschnitt mit den darunterliegenden Abschnitten des Gewebes 7 verbinden. Mit den Pfeilen 9 sind die einfallenden Sonnenstrahlen angedeutet.

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Im Betrieb der Anlage wird während der Nacht feuchte Luft aus bodennahen Schichten von den Ventilatoren 5 angesaugt und durch den Kältespeicher 4 geleitet, wobei sich die Steine abkühlen. Danach durchströmt die Luft die Isolierschicht 3 und anschließend die Ab- und Adsorptionspakete 1. Beim Durchströmen der Ab- und Adsorptionspakete 1 wird das in der feuchten Luft enthaltene Wasser von dem Silicagel adsorbiert und die Luft dabei getrocknet. Die getrocknete Nachtluft tritt an der Oberseite der Ab- und Adsorptionspakete wieder aus und strömt ins Freie.

Während des Tages durchströmt die Luft in umgekehrter Reihenfolge zuerst die Ab- und Adsorptionspakete 1, dann die Isolierschicht 3 und danach den Kältespeicher 4. Anschließend wird die Luft von den Ventilatoren 5 ins Freie gefördert.

Beim Eintritt der Luft in die Ab- und Adsorptionspakete 1 wird sie durch Wärmeübertragung von dem obersten Abschnitt de: Gewebes 7 und den die Oberfläche der Ab- und Adsorptionspakete bildenden Silicagelkugeln auf eine Temperatur gebracht, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Der jeweils oberste Abschnitt des Gewebes 7 und die die Oberfläche der Ab- und Adsorptionspakete bildenden Silicagelkugeln sind durch die einfallenden Sonnenstrahlen 9 aufgeheizt worden. Ein Teil der von der obersten Abschnitt des Gewebes 7 aufgenommenen Wärme wird durch die darunterliegenden Abschnitte,

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die Abstandshalter und die seitliche Begrenzungen der Ab- und Adsorptionspakete in das Innere der Ab- und Adsorptionspakete geleitet, so daß die Luft während des Durchströmens der Ab- und Adsorptionspakete immer wieder aufgeheizt wird.

Während des Durchströmens der Ab- und Adsorptionspakete 1 nimmt die aufgeheizte Luft die während der Nacht in der Silicagelschicht gespeicherte Feuchtigkeit bis zur Sättigung auf. Die gesättigte Luft wird dann in den Kältespeicher 4 geleitet, in 'dem sie sich abkühlt, so daß das in ihr enthaltene Wasser an der Oberfläche der Steine kondensiert. Das kondensierte Wasser wird gesammelt und abgeleitet.

In Fig. 2 sind die Teile der modifizierten Anlage, die mit den entsprechenden Teilen der Anlage gemäß Fig. 1 identisch sind, mit den selben Bezugszeichen versehen.

Die Ab- und Adsorberpakete 1 der modifizierten Anlage sind mit horizontalem Abstand voneinander angeordnet. Am oberen Rand der Ab- und Adsorberpakete 1 sind ringsum verlaufende, schräggestellte Spiegel 10 angeordnet, die die schräg einfallenden Sonnenstrahlen auf die Oberfläche der Ab- und Adsorberpakete lenken. Statt eines Kältespeichers besitzt die modifizierte Anlage einen Gegenstromwärmeaustauscher 11, der die Funktion des Kondensators hat. Die Räume zwischen den Ab-und Adsorberpaketen 1 sind durch die nach oben ragenden Spiegel abgedeckt.

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Die Arbeitsweise der modifizierten Anlage ist wie folgt: Während der Nacht wird feuchte Luft aus bodennahen Schichten angesaugt und direkt in die Ab- und Adsorberpakete 1 geleitet. Wie bei der Anlage gemäß Fig. 1 durchströmt die Nachtluft die Ab- und Adsorberpakete 1 der modifizierten Anlage zur Adsorption von unten nach oben. Am Tag tritt ümgebungsluft zwischen der oberen lichtdurchlässigen Abdeckung und den Ab- und Adsorberpaketen 1 in die modifizierte Anlage ein. Da die Reflektion der Spiegel 10 eine verstärkte Sonneneinstrahlung auf die Oberfläche der Ab- und Adsorberpakete 1 bewirkt, wird die Luft am Eintritt in die Ab- und Adsorberpakete stärker aufgeheizt als bei der Anlage gemäß Fig. 1. Aufgrund der stärkeren Erwärmung der Oberfläche der Ab- und Adsorberpakete 1 wird auch mehr Wärme durch das Gewebe in das Innere der Ab- und Adsorberpakete 1 geleitet als bei der Anlage gemäß Fig. 1. Nachdem die Luft aus den Ab- und Adsorberpaketen ausgetreten ist, durchströmt sie den Gegenstromwärmeaustauscher 11 in der angezeigten Richtung. In dem Gegenstromwärmeaustauscher wird der aus den Ab- Adsorberpaketen kommende Luft durch die den Gegenstromwärmeaustauscher strömende ümgebungsluft Wärme entzogen, so daß das Wasser kondensiert und abgeleitet werden kann.

In Fig. 3 ist ein gewelltes Ab- und Adsorberpaket im Schnitt dargestellt. Aufgrund der gewellten Oberfläche steht eine

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wesentliche größere Fläche für die Sonneneinstrahlung zur Verfügung als bei einer ebenen Fläche.

Bei der flachen sowie bei der gewellten Ausführung der Ab- und Adsorberpakete beträgt die Maschenweite des Gewebes etwa 5 bis 2 mm und die Drahtstärke 1 bis 2 mm. Die Gesamtdicke des Pakets bei der flachen Ausführung beträgt 50 bis 80 mm und bei der gewellten Ausführung 2O bis 50 mm. Bei der gewellten Ausführung können zwei Gewebsschichten ausreichen, da aufgrund der stark vergrößerten Oberfläche des gewellten Pakets eine stärkere Aufheizung am Eintritt der Luft in das Paket erfolgt als bei der flachen Ausführung. Bei beiden Ausführungen beträgt der Abstand zwischen den beiden obersten Gewebslagen ungefähr 15 bis 20 mm. Der Abstand zwischen den weiter unten liegenden Gewebslagen beträgt 20 bis 4O mm. Die Abstandshalter sind im horizontalen Abstand von 15 bis 30 nun verlegt.

Die Masse des Aluminiums ist so groß, daß sie in der Lage ist, gegebenenfalls 50 bis 70 % der an der Oberfläche des Ab- und Adsorberpakets eingestrahlten Sonnenenergie weiterzuleiten, um noch bis zur vorletzten oder letzten Schicht die Zwischenauf heizung so durchführen zu können, daß die oben erreichte Temperatur auch noch unten erreichbar ist.

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Die Ab- und Adsorberpakete sind einheitliche Module ζ. Β. von 1,2 oder mehr qm, die bereits im Werk des Silicagelproduzenten hergestellt worden sind. Pro qm Gesamtfläche der Pakete sind 30 bis 5O kg Silicagel in den Paketen enthalten. Da durch die festliegende SolarkonSante nicht mehr als 6000 bis 9400 kcal an dem jeweiligen Standort der Anlage zur Verfügung stehen, braucht nicht mehr Silicagel als die angegebene Menge pro qm Gesamtfläche der Pakete in den Paketen enthalten sein. Die Ab- und Adsorberpakete sind so ausgelegt, daß 10 bis 15 kg Wasser pro qm in 24 Stunden gewonnen werden kann.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus feuchter Luft, wobei in der Nacht feuchte Luft niederer Temperatur, eine wasserspeichernde Adsorptionsmittelschicht zur Adsorption von in der feuchten Luft enthaltenem Wasser durchströmt und wobei am Tag mittels Sonnenenergie aufgeheizte Luft höherer Temperatur, die höher ist als die Umgebungstemperatur am Tag, die Adsorptionsmittelschicht zur Desorption und Aufnahme des in der Nacht von dieser Schicht der feuchten Luft entzogenen Wassers durchströmt und anschließend zur Kondensation des aufgenommenen Wassers abgekühlt wird, das nach der Kondensation abgeleitet wird, gekennzeichnet durch Verwendung einer durch Absorption von Sonnenstrahlen die Aufheizung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmende« Luft bewirkenden, dunkelfarbenen Substanz als Adsorptionsmittel und/oder durch Umströmen eines mittels Sonneneinstrahlung aufgeheizten Heizkörpers (7) mit der am Tag die Adsorptions-

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ORIGINAL INSPECTED

mittelschicht durchströmenden Luft zu deren Aufheizung und/ oder durch Verwendung eines oder mehrerer Reflektoren (10), die die Sonnenstrahlen auf die Adsorptionsmittelschicht und/oder den Heizkörper (7) zu deren bzw. dessen Aufheizung lenken, um die am Tag den Heizkörper (7) und/oder die Adsorptionsmittelschicht um- bzw. durchströmende Luft aufzuheizen, wobei das Adsorptionsmittel so gewählt wird, daß die Temperatur der des Nachts die Schicht durchströmende Luft innerhalb seines Adsorptionsbereiches und daß die Temperatur der aufgeheizten, am Tag die Schicht durchströmende Luft innerhalb seines Desorptionsbereiches liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft während des Durchströmens der Schicht nochmals Wärme zugeführt wird, die in dem Heizkörper (7) durch Sonneneinstrahlung erzeugt und in das Innere der Schicht geleitet worden ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft am Eintritt in die Schicht auf 60 bis 150 ⁰C erhöht wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Luft für die Kondensation des Wassers

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durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft vorgenommen wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Luft für die Kondensation des Wassers durch Wärmeaustausch mit einem in der Nacht abgekühlten Kältespeicher (4) durchgeführt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Luft für die Kondensation des Wassers durch einen kombinierten Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft und dem in der Nacht gekühlten Kältespeicher (4) durchgeführt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Luft für die Kondensation des Wassers zuerst durch Wärmeaustausch mit der Uragebungsluft und danach durch Wärmeaustausch mit dem in der Nacht gekühlten Kältespeicher (4) durchgeführt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abkühlung des Kältespeichers (4) die Luft in der Nacht zuerst durch den Kältespeicher (4) und durch die Adsorptionsmittelschicht geführt wird.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß tagsüber die Luft im Kreis-

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lauf durch die Adsorptionsmittelschicht geführt wird, wobei bei jedem Umlauf der Luft nach der Kondensation Luft aus der Umgebung zugemischt wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Adsorptionsmittelschicht die später fortgesetzte Kondensation bereits beginnt.

11. Anlage für die Durchführung des Verfahrens zur Wassergewinnung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine zur Adsorption und Desorption des in der Nacht der feuchten Luft entzogenen Wassers dienenden Adsorptionsmittelschicht, deren Oberfläche am Tag der Sonneneinstrahlung auszusetzen ist, und durch einen Kondensator in dem der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft zur Kondensation des aus der Adsorptionsmittelschicht aufgenommenen Wassers Wärme zu entziehen ist, wobei als Adsorptionsmittel eine durch Absorption von Sonnenstrahlen die Aufheizung der am Tag die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft bewirkende, dunkelfarbene Substanz eingesetzt ist, die so gewählt ist, daß die Temperatur der des Nachts die Schicht durchströmenden Luft innerhalb ihres Adsorptionsbereiches und daß die Temperatur der aufgeheizten, am Tag die Schicht durchströmenden Luft innerhalb ihres

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Desorptionsbereiches liegt und/oder wobei ein mittels Sonneneinstrahlung zu erwärmender Heizkörper (7) vorgesehen ist, der am Tag von der die Adsorptionsmittelschicht durchströmenden Luft zur Aufheizung dieser Luft zu umströmen ist und/oder wobei ein oder mehrere Reflektoren (10) zur Lenkung der Sonnenstrahlen auf die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht und/oder den Heizkörper (10) vorgesehen sind.

12. Anlage gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (7) als luft- und lichtdurchlässiges flächiges Bauteil ausgebildet ist, das oberhalb der Adsorptionsmittelschicht angeordnet und von der am Tag in die Adsorptionsmittelschicht eintretenden Luft vor deren Eintritt in die Schicht zu deren Aufheizung zu durchströmen ist.

13. Anlage gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das luft- und lichtdurchlässige, flächige Bauteil ein Gewebe oder Netz aus Metalldrähten oder ein Lochblech ist.

14. Anlage gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Bauteil aus einem wärmeleitfähigen Metall besteht und von oben nach unten durch die Adsorptionsmittelschicht hindurchgeführt ist, derart, daß die Luft beim Durchströmen der Adsorptionsmittelschicht

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durch das Bauteil innerhalb der Schicht hindurchtritt.

15. Anlage gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als flächiges Bauteil ein Gewebe aus schwarz eloxiertem Aluminium verwendet wird.

16. Anlage gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumgewebe schlangen- oder zickzackförmig

von oben nach unten geführt ist und daß das Adsorptionsmittel zwischen den einzelnen Abschnitten des Gewebes eingebettet ist, wobei das Adsorptionsmittel und das Gewebe zusammen ein vorgefertigtes, kompaktes, kastenförmiges, flaches Ab- und Adsorptionspaket (1) bilden.

17. Anlage gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe an seinen Umkehrpunkten jeweils mit den
obersten, quer verlaufenden Abschnitt durch zwei seitliche Gewebeabschnitte verbunden ist.

18. Anlage gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den seitlichen, die Umkehrpunkte verbindenden Abschnitte Abstandshalter angeordnet sind, die die im Innern der Adsorptionsmittelschicht verlaufenden
Abschnitte des Gewebes mit dem oberen Gewebeabschnitt verbinden.

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_ *7 —.

19. Anlage gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sonnenstrahlen auszusetzende Oberfläche des Ab- und Adsorberpakets (1) oder das gesamte Paket (1) gewellt oder zickzackförmig ist.

20. Anlage gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Vielzahl von Ab- und Adsorberpaketen die Ab- und Adsorberpakete

(1) aneinandergefügt und gegeneinander abgedichtet sind.

21. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren als Flach- oder Parabolspiegel ausgeführt sind, die am oberen Rand der Adsorptionsmittelschicht so angeordnet sind, daß sie die einfallenden Sonnenstrahlen auf die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht und/oder den Heizkörper (7) lenken.

22. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektoren eine Vielzahl von Flachspiegeln verwendet wird, die über die Oberfläche der Adsorptionsmittelschicht verteilt in der Schicht eingebaut sind.

23. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein strahlenreflektieren-

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des Pulver verwendet wird, das in der Schicht verteilt ist.

24. Anlage gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- und Adsorberpakete (1) mit horizontalem Abstand voneinander angeordnet sind und daß der Raum zwischen den einzelnen Paketen durch die nach oben ragenden Spiegel abgedeckt ist.

25. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensator eine Packung Steine verwendet wird, die als Kältespeicher (4) dienen und unterhalb der Adsorptionsmittelschicht angeordnet sind.

26. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensator ein Wärmeaustauscher (11) mit eingebauter Kondensatorfläche verwendet wird.

27. Anlage gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (11) mit dem Kältespeicher (4) kombiniert ist, wobei der Wärmeaustauscher (11) oberhalb des Kältespeichers (4) eingeordnet ist.

28. Anlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel ein Silicagel3£- wählt, das in der Lage ist, aus einer Feuchtluft

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von nur 25 bis 30 % relativer Feuchte bei Temperaturen bis 30 ⁰C eine Wassermenge von 30 bis 40 % seines Gesamtaufnahmevermögens bzw. von 40 bis 60 % seines Eigengewichts aufzunehmen.

29. Anlage gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicagel mit Ruß tief schwarz eingefärbt ist.

30. Anlage gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicagel in Form von grobkörnigen Kugeln und/oder Granulat verwendet wird.

31. Anlage gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsmittelschicht aus mehreren übereinanderliegenden Lagen von Silicagelen mit unterschiedlichem Ad- und DeSorptionsvermögen besteht.

32. Anlage gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Ab- und Adsorberpaketen (1) jede Lage Silicagel zwischen jeweils zwei Abschnitten des Aluminiumgewebes eingebettet ist.

33^ Anlage gemäß einem der-Ansprüche 16 bis 32, dadurch gegekennzeichnet, daß oberhalb der Ab— xind Adsorberpakete (1) eine lichtdurchlässige Abdeckung (2) angeordnet ist.

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34. Anlage gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ab- und Adsorberpaketen (1) und dem darunterliegenden Kondensator (4, 11) eine luftdurchlässige Isolierschicht angeordnet ist.

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