DE3313711A1 - Process and apparatus for obtaining drinking water - Google Patents
Process and apparatus for obtaining drinking waterInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von TrinkwasserMethod and device for obtaining drinking water
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser.The invention relates to a method and a device for extraction of drinking water.
In Ländern mit heißem Klima, z.B. den arabischen Ländern, aber auch in den Tropen oder Subtropen, herrscht häufig eine beträchtliche Trinkwassernot oder zumindest Trinkwasserknappheit. Dies hat dazu geführt, daß zahlreiche Verfahren entwickelt wurden, um Trinkwasser aus anderen als den natürlichen Süßwasserquellen, z.B. dem Meerwasser oder dem Abwasser, zu gewinnen. Die zur Anwendung dieser Verfahren benötigten Vorrichtungen bestehen aus stationären Großanlagen, die nur an Orten mit Meerwasser- oder Abwasserzuflüssen installiert und nur von den Kommunen betrieben werden können. In Gegenden ohne Wasseerleitungsnetz muß das Trinkwasser mühsam an den Verbrauchs ort transportiert werden. Infolgedessen ist Trinkwasser in den genannten Ländern nicht nur knapp, sondern auch vergleichsweise teuer.But also in countries with a hot climate, e.g. the Arab countries in the tropics or subtropics, there is often a considerable shortage of drinking water or at least a shortage of drinking water. This has resulted in numerous procedures designed to use drinking water from sources other than natural freshwater, e.g. sea water or wastewater. The use of this procedure Required devices consist of stationary large-scale systems that are only available in places installed with seawater or sewage inflows and operated only by the municipalities can be. In areas without a water supply network, the drinking water has to be laborious be transported to the place of consumption. As a result, drinking water is in the said Countries not only scarce, but also comparatively expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das sich insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser in kleinen Mengen eignet und daher die Schaffung kleiner, handlicher Vorrichtungen ermöglicht, die z.3. den täglichen Trinkwasserbedarf eines Ein- oder Mehrfamilienhauses oder -haushalts decken.The invention is based on the object of proposing a method which is particularly suitable for the production of drinking water in small quantities and therefore allows the creation of small, handy devices that z.3. the daily Cover the drinking water requirements of a single or multi-family house or household.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und. 3 vorgesehen.The characterizing features of the claims are intended to solve this problem 1 and. 3 provided.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß in Gegenden mit Trinkwassernot trotz des heißen Klimas häufig eine hohe Luftfeuchtigkeit herrscht, die zur Trinkwassergewinnung ausgenutzt werden kann. Bei einer Temperatur von beispielsweise 40 0C und einer Luftfeuchtigkeit von 90 % enthält jeder Kubikmeter Luft etwa 0,046 1 Wasser. Durch Abkühlung derartiger Luft auf eine Temperatur von beispielsweise 20 °C, bei der die Luft maximal 0,023 1 Wasser pro Kubikmeter aufnehmen kann, müssen-daher etwa 0,023 1 Wasser pro Kubikmeter Luft durch Kondensation ausfallen. Daraus folgt, daß zur Gewinnung von einem Liter Wasser nur etwa dreiundvierzig Kubikmeter Luft bzw. zur Gewinnung von fünf Litern Wasser, die den Tagesbedarf einer Person ausreichend decken, etwa 215 m3 Luft benötigt werden. Da nicht sichergestellt werden kann, daß das auf diese Weise gewonnene Wasser keimfrei ist, wird es erfindungsgemäß auf Trinkwasserqualität aufbereitet. Auch hierzu stehen heute kleine, handliche Aufbereitungsgeräte zur Verfügung, so daß jeder Haushalt oder Jedes Haus mit einer eigenen Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser ausgerüstet.werden kann.The invention is based on the idea that in areas with drinking water shortage Despite the hot climate, there is often a high level of humidity, which is necessary for drinking water can be exploited. At a temperature of, for example, 40 0C and one Humidity of 90%, every cubic meter of air contains about 0.046 liters of water. By Cooling of such air to a temperature of, for example, 20 ° C, at which the air can absorb a maximum of 0.023 1 water per cubic meter, must-therefore about 0.023 1 of water per cubic meter of air precipitate through condensation. It follows that to obtain one liter of water only about forty-three cubic meters of air or to obtain five liters of water, which is sufficient for a person's daily requirement cover, around 215 m3 of air are required. Since it cannot be guaranteed that the water obtained in this way is sterile, it is according to the invention of drinking water quality processed. Small, handy reprocessing devices are also available for this today Available so that every household or house has its own device Extraction of drinking water.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß für die Gewinnung wenigstens einer für den persönlichen Bedarf ausreichenden Trinkwassermenge keine natürlichen Süß-oder Salzwasserquellen wie das Meer, Flüsse, Seen od.The invention has the advantage that for the extraction at least a sufficient amount of drinking water for personal needs is not natural Fresh or salt water sources such as the sea, rivers, lakes or
dgl. benötigt werden, sondern die in der Luft vorhandene Feuchtigkeit ausgenutzt wird. Deswegen ist die Anwendung der Erfindung vor allem dort sinnvoll und sogar wirtschaftlich, wo eine hohe Luftfeuchtigkeit herrscht und die Temperaturen vergleichsweise groß sind, da die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft mit steigender Temperatur stark zunimmt.Like. Are needed, but the moisture present in the air is exploited. Therefore, the application of the invention is particularly useful there and even economical, where there is high humidity and temperatures are comparatively large, since the water absorption capacity of the air increases Temperature increases sharply.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zu ihrer Verwertung an sich bekannte Bauelemente eingesetzt werden können, beispielsweise solche, wie sie in der Kälte- und Klimatechnik seit langer Zeit verwendet werden.Another advantage of the invention is that it can be used known components can be used, for example, such as they have been used in refrigeration and air conditioning technology for a long time.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind.The invention is described below in connection with the accompanying Drawing explained in more detail using two exemplary embodiments, which are shown in FIGS. 1 and 2 are shown schematically.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus feuchter Luft. Sie enthält ein aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien zusammengesetztes Peltierelement 1, dessen beide Breitseiten als Platten 2 und 3 ausgebildet sind, von denen beim Fließen eines elektrischen Stroms durch das Peltierelement 1 z.B. die linke Platte 2 erwärmt wird, während die rechte Platte 3 bei demselben Stromfluß abgekühlt wird. Beide Platten 2 und 3 werden zweckmäßig durch eine Isolation 4 thermisch gut gegeneinander isoliert. Im Bereich der warmen Platte 2 ist ein von einem Motor 5 angetriebener Ventilator 6 angeordnet, um einen Wärmestau vor der Platte 2 zu vermeiden und die erwärmte Luft in Richtung von Pfeilen v abzuführen.Fig. 1 shows a device for obtaining drinking water from moist Air. It contains a compound composed of different semiconductor materials Peltier element 1, the two broad sides of which are designed as plates 2 and 3, of which when an electric current flows through the Peltier element 1 e.g. the left plate 2 is heated, while the right plate 3 with the same current flow is cooled. Both plates 2 and 3 are expediently thermally through an insulation 4 well isolated from each other. In the area of the warm plate 2 there is a motor 5 driven fan 6 arranged to build up heat in front of the plate 2 avoid and vent the heated air in the direction of arrows v.
Die kalte Platte 3 wirkt als Kühlelement und wird durch entsprechende Einstellung des das Peltierelement 1 durchfließenden Stroms auf eine Temperatur gebracht, die ausreichend weit unterhalb der Temperatur der athmosphärischen Luft liegt. Hierdurch wird deren Taupunkt unterschritten, so daß zumindest ein Teil der in der Luft befindlichen Feuchtigkeit an der kalten Platte 3 kondensiert, wie durch Wassertropfen 8 angedeutet ist.The cold plate 3 acts as a cooling element and is corresponding Adjustment of the current flowing through the Peltier element 1 to a temperature brought sufficiently far below the temperature of the atmospheric air lies. As a result, the dew point is fallen below, so that at least some of the Moisture in the air condenses on the cold plate 3, as by Water drop 8 is indicated.
Die kalte Platte 3 ist vorzugsweise vertikal und über einer Sammelvorrichtung 9 in Form einer Schale, Rinne od.The cold plate 3 is preferably vertical and above a collector 9 in the form of a bowl, channel or.
dgl. angeordnet, damit das kondensierende Wasser gesammelt wird. Die Sammelvorrichtung 9 hat vorzugsweise einen Auslaß, der über eine Leitung 10 mit einem Aufbereitungsgerät 11 verbunden ist, in dem das Wasser auf Trinkwasserqualität aufbereitet und dann an einem Anschluß 12 entnommen wird. Das Aufbereitungsgerät 11 arbeitet zweckmäßig mit Ozon und ist zu diesem Zweck mit einem nicht dargestellten Ozongenerator und einem ebenfalls nicht dargestellten InJektor versehen, der dazu dient, das erzeugte Ozon in das gesammelte Wasser einzuleiten und dadurch aufzubereiten. Die Aufbereitung des Wassers kann dabei mit allen in der Ozontechnik bekannten Einrichtungen erfolgen.Like. Arranged so that the condensing water is collected. the Collection device 9 preferably has an outlet, which via a line 10 with a treatment device 11 is connected, in which the water to drinking water quality processed and then removed at a connection 12. The reprocessing device 11 works appropriately with ozone and is for this purpose with a not shown Ozone generator and an injector, also not shown, that is used for this purpose serves to introduce the generated ozone into the collected water and thereby treat it. The treatment of the water can be done with all devices known in ozone technology take place.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden ein Ozongenerator nach der deutschen Patentanmeldung P 32 08 895 und ein diesem zugeordneter Lufttrockner nach der deutschen Patentanmeldung P 33 04 683 eingesetzt, da sie die Herstellung eines besonders kompakten, raumsparenden und dennoch wirkungsvollen Aufbereitungsgeräts ermöglichen.In a particularly preferred embodiment, an ozone generator according to the German patent application P 32 08 895 and an air dryer assigned to this used according to the German patent application P 33 04 683, since it is the manufacture a particularly compact, space-saving and yet effective processing device enable.
Die zum Betreiben des Peltierelements 1, des Motors 5 und der Aufbereitungsanlage 11 benötigte elektrische Energie wird zweckmäßig einem Akkumulator 14 entnommen, der über einen Ladestromregler 15 an eine Solarzellen-Batterie 16 angeschlossen ist. Hierdurch wird es möglich, unabhängig von einem Stromversorgungsnetz zu arbeiten, weil die Solarzellen-Batterie 16 den Akkumulator 14 tagsüber ständig auflädt, so daß die Vorrichtung aufgrund der Speicherwirkung des Akkumulators 14 auch nachts betrieben werden kann, wenn kein Sonnenlicht zur Verfügung steht.The one for operating the Peltier element 1, the motor 5 and the processing plant 11 required electrical energy is expediently taken from an accumulator 14, which is connected to a solar cell battery 16 via a charging current regulator 15 is. This makes it possible to work independently of a power supply network, because the solar cell battery 16 continuously charges the accumulator 14 during the day, so that the device due to the storage effect of the accumulator 14 also at night can be operated when sunlight is not available.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus Luft enthält einen Kältemittelkreislauf 17 nach Art einer Kältemaschine oder einer Wärmepumpe. Das Kältemittel, z.B. das unter dem Warenzeichen "Frigen" vertriebene Kältemittel, wird in einem ein Kühlelement darstellenden Verdampfer 18 verdampft, anschließend in einem Kompressor 19verdichtet, danach in einem Kondensator 20 wieder verflüssigt und schließlich durch ein Entspannungsventil 21 erneut dem Verdampfer 18 zugeführt. Der Verdampfer 18 entzieht seiner Umgebung in bekannter Weise Wärme, d.h.The device shown in Fig. 2 for extracting water from Air contains a refrigerant circuit 17 in the manner of a refrigerating machine or a Heat pump. The refrigerant, e.g. that sold under the trademark "Frigen" displaced Refrigerant is evaporated in an evaporator 18 which is a cooling element, then compressed in a compressor 19, then again in a condenser 20 liquefied and finally through an expansion valve 21 again to the evaporator 18 supplied. The evaporator 18 removes heat from its surroundings in a known manner, i.e.
er erzeugt Kälte, während der Kondensator 20 Wärme an die Umgebung abgibt, wie durch Pfeile w angedeutet ist.he generates cold, while the condenser 20 heats the environment releases, as indicated by arrows w.
Der Verdampfer ist zweckmäßig in einem geschlossenen Strömungskanal 22 angeordnet, der einen Einlaßabschnitt 23 und einen Auslaßabschnitt 24 aufweist. In dem Einlaßabschnitt 23 ist ein Ventilator oder Gebläse 25 od. dgl. angeordnet, um feuchte, warme Luft in Richtung eines Pfeils x anzusaugen, so daß diese die Oberfläche des Verdichters 18 umströmt, bevor sie im abgekühlten Zustand in Richtung eines Pfeils z wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Je nach Dimensionierung und Betriebsweise des Verdampfers stellt dieser ein gegenüber der angesaugten Luft kaltes, unterhalb ihres Taupunkts liegendes Kühlelement dar, an dem die Feuchtigkeit kondensiert, wie durch Tropfen 26 angedeutet ist.The evaporator is expediently in a closed flow channel 22, which has an inlet section 23 and an outlet section 24. In the inlet section 23 a fan or blower 25 or the like is arranged, to suck in moist, warm air in the direction of an arrow x, so that it touches the surface of the compressor 18 flows around before it in the cooled state in the direction of a Arrow z is released back into the atmosphere. Depending on the dimensioning and mode of operation of the evaporator, it is cold compared to the air drawn in, below its dew point is a cooling element on which the moisture condenses, as indicated by drop 26.
An einer zweckmäßigen Stelle des Strömungskanals 22 ist ein Abfluß 27 vorgesehen, durch den das kondensierende Wasser in eine Sammelvorrichtung 28 tropft. Diese ist analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit einem Aufbereitungsgerät 29 verbunden, damit das gesammelte Wasser, bevor es an einem Anschluß 30 entnommen wird, auf Trinkwasserqualität aufbereitet werden kann.At an appropriate point of the flow channel 22 is a drain 27 is provided through which the condensing water enters a collecting device 28 drips. This is analogous to the exemplary embodiment according to FIG. 1 with a processing device 29 connected to the collected water before it is removed at a connection 30 can be treated to drinking water quality.
Die Stromversorgung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 kann analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgen, indem ein nicht dargestellter Akkumulator über eine Leitung 31 angeschlossen wird.The power supply of the exemplary embodiment according to FIG. 2 can be analogous to the embodiment of FIG. 1 take place by an accumulator, not shown is connected via a line 31.
Der Verdampfer 18 und der Kondensator 20 sind räumlich ausreichend weit voneinander beabstandet und dadurch thermisch gegeneinander isoliert. Im Bedarfsfall kann zwischen ihnen noch eine Isolierung vorgesehen sein. Außerdem kann dem Kondensator ein Ventilator zum Abführen der erwärmten Luft zugeordnet sein.The evaporator 18 and the condenser 20 are spatially sufficient far apart and therefore thermal against each other isolated. If necessary, insulation can also be provided between them. In addition, a fan for removing the heated air can be assigned to the condenser be.
Die anhand Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen können innerhalb oder außerhalb von Gebäuden aufgestellt werden.The devices described with reference to FIGS. 1 and 2 can be used within or outside of buildings.
Dabei wird das jeweilige Kühlelement möglichst großflächig ausgebildet und dazu beispielsweise mit einer Vielzahl von Rippen od. dgl. versehen, um den Wirkungsgrad zu vergrößern.The respective cooling element is designed to be as large as possible and for this purpose, for example, with a plurality of ribs. The like. Provided to the Increase efficiency.
Der Verdampfer 18 nach Fig. 2 kann z.B. als Wärmetauscher nach Art eines Autokühlers ausgebildet sein und dazu in einer Richtung vom Kältemittel und in einer anderen Richtung von der Luft durchströmt werden.The evaporator 18 according to Fig. 2 can be used, for example, as a heat exchanger according to Art a car cooler and in one direction from the refrigerant and be flowed through by the air in a different direction.
Die Kühlung der Luft wird in allen Fällen zweckmäßig in der Weise vorgenommen, daß die Kühlelemente nicht vereisen, was den Wirkungsgrad vermindern oder spezielle Enteisungsgeräte erfordern würde. Im Bedarfsfall muß mit einer entsprechenden Regelung die Vereisung ausgeschlossen werden.The cooling of the air is expedient in this way in all cases made that the cooling elements do not freeze, which reduce the efficiency or would require special de-icing equipment. If necessary, a corresponding Regulating the icing can be excluded.
Da Kältemaschinen, wie Kühlschränken und Klimaanlagen bereits einen Kältemittelkreislauf entsprechend Fig. 2 aufweisen ist es möglich, in einem Kühlschrank oder einer Klimaanlage die Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus Luft zusätzlich unterzubringen. In diesem Fall müssen allerdings die Kühlelemente so dimensioniert werden, daß sowohl die KUhl- oder Klimaanlage als auch die Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus Luft mit einem brauchbaren Wirkungsgrad arbeiten. Außerdem müßte sichergestellt werden, daß die umgebende Raumluft häufig genug gegen feuchte Luft aus der Atmosphäre ausgetauscht wird, da andernfalls nur dieJenige Luftmenge zur Trinkwassergewinnung zur Verfügung stehen würde, die sich in dem den Kühlschrank oder die Klimaanlage umgebenden Raum befindet.Since chillers such as refrigerators and air conditioners already have one It is possible to have refrigerant circuit according to FIG. 2 in a refrigerator or an air conditioning system, the device for extracting water from air in addition accommodate. In this case, however, the cooling elements must be dimensioned in this way be that both the cooling or air conditioning and the device for extraction of water from air work with a usable efficiency. Also would have to ensure that the surrounding room air is frequent enough against moist air is exchanged from the atmosphere, otherwise only the amount of air to Drinking water would be available in the refrigerator or the room surrounding the air conditioner.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Anstelle eines Peltierelements kann beispielsweise eine Vielzahl derartiger Elemente thermisch parallel geschaltet und zu einer Peltier-Zelle vereinigt werden. Ints)rechend können im :;trömungskanal 22 mehrere Verdampfer von mehreren Kältemittelkreisläufen angeordnet werden. Weiterhin kann die elektrische Energie dem Netz anstatt einem Akkumulator entnommen werden. Anstelle der dargestellten Kühlelemente können andere Ktih]elemente angewendet werden. Schließlich kann die Erfindung auch zur Gewinnung mittlerer und großer Trinkwassermengen eingesetzt werden, obwohl sich die beschriebenen Vorrichtungen insbesondere für private Haushalte und für die Deckung des Eigenbedarfs eignen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described limited, which can be modified in many ways. Instead of a Peltier element For example, a large number of such elements can be thermally connected in parallel and combined to form a Peltier cell. Ints) can calculate in:; flow channel 22 several evaporators of several refrigerant circuits can be arranged. Farther the electrical energy can be taken from the network instead of an accumulator. Instead of the cooling elements shown, other cooling elements can be used. Finally, the invention can also be used to obtain medium and large quantities of drinking water are used, although the devices described are particularly suitable for private households and for covering personal needs.
Claims (9)
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