DE10309110A1

DE10309110A1 - Vorrichtungzur Gewinnung von Wasser aus atomosphärischer Luft

Info

Publication number: DE10309110A1
Application number: DE2003109110
Authority: DE
Inventors: Frank W. Thielow
Original assignee: Logos-Innovationen GmbH
Current assignee: Logos-Innovationen GmbH
Priority date: 2003-03-01
Filing date: 2003-03-01
Publication date: 2004-09-09

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft mit einem Adsorbens bzw. Absorbens, das wenigstens teilweise als eine in mindestens einem Flüssigkeitsspeicher gespeicherte Solelösung mit einem hygroskopischen Salz zur Adsorption bzw. Absorption des Wassers ausgebildet ist, wobei wenigstens eine das Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche der Solelösung vorgesehen ist, vorgeschlagen, die eine bessere Ausbeute an Trinkwasser pro Volumeneinheit realisiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Oberfläche der Solelösung wenigstens auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten einer Wand des Flüssigkeitsspeichers angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
An vielen Orten der Erde, besonders in halbariden oder ariden Gebieten wie z.B. in Teilen Israels, Ägyptens, der Sahelzone oder zahlreichen Heißwüsten, die in einer deutlichen Entfernung zum Meer liegen, sind zumindest ganzjährig keine Trinkwasservorräte vorhanden. Neben dem Transport von Trinkwasser besteht hier lediglich die Möglichkeit, dieses aus feuchter Luft bereitzustellen.
In vielfacher Weise sind bereits Kondensatoren zur Gewinnung von kondensierbarem Wasser aus atmosphärischer Luft mit einem kühlbaren Kältespeicher bekann, wobei die relativ feuchte atmosphärische Luft unter den Taupunkt abgekühlt wird (vgl. DE-PS-28 10 241 , DD 285 142 A5 ).
Darüber hinaus sind auch Vorrichtungen bekannt, die mittels eines adsorptiven bzw. absorbtiven Materials wie einem Salz, z.B. Natriumchlorid, oder dergleichen atmosphärisches Wasser in einer Absorptionsphase binden. Hierbei wird das Salz bzw.
die entsprechende Solelösung im Allgemeinen in einem Flüssigkeitsbehälter aufbewahrt, wobei der Wasserspiegel bzw. die in vertikaler Richtung betrachtet obere Seite des Salzes bzw. der Sole als Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche anzusehen ist. In einer Desorptionsphase wird diese Salz-Wasser-Lösung bzw. Sole zur Gewinnung des Trinkwassers entfeuchtet und das Salz wieder für die Absorption zur Verfügung gestellt (vgl. z.B. DE-PS 2 660 068 , DE 198 50 557 A1 ).
Nachteilig bei diesen Verfahren bzw. Vorrichtungen ist jedoch das vergleichsweise große Bauvolumen bzw. die relativ geringe Ausbeute an Trinkwasser pro Volumeneinheit.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft mit einem Adsobens bzw. Absorbens, das wenigstens teilweise als eine in mindestens einem Flüssigkeitsspeicher gespeicherte Solelösung mit einem hygroskopischen Salz zur Absorption bzw. Adsorption des Wassers ausgebildet ist, wobei wenigstens eine das Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche der Solelösung vorgesehen ist, vorzuschlagen, die eine bessere Ausbeute an (Trink-)Wasser pro Volumeneinheit des Baus bzw. des Absorbens/Adsorbens realisiert.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale der Anspruches 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass die Wasser absorbierende bzw. adsobierende Oberfläche der Solelösung wenigstens auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten einer Wand des Flüssigkeitsspeichers angeordnet ist.
Mit Hilfe dieser Maßnahme wird gemäß der Erfindung eine deutliche Vergrößerung der aktiv das atmosphärische Wasser absorbierenden Oberfläche erreicht, was gegenüber dem Stand der Technik zu einer entscheidenden Verbesserung der Ausbeute pro Volumeneinheit der Vorrichtung führt. Möglicherweise ist ein wesentlich größerer Durchsatz bzw. Durchfluss an atmosphärischer Luftmenge pro Zeiteinheit realisierbar als beim Stand der Technik, so dass die Ausbeute pro Zeiteinheit entsprechend erhöht werden kann. Dies führt im Vergleich zum Stand der Technik zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz bzw. Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beispielsweise ist die Flüssigkeit bzw. Solelösung in einem Flüssigkeitsspeicher bzw. auf/oberhalb einer Wand des Flüssigkeitsspeichers gespeichert bzw. angeordnet. Hierbei ist gemäß der Erfindung die Soleflüssigkeit zudem auch auf der Außenseite bzw. unterhalb der Wand des Flüssigkeitsspeichers angeordnet, so dass die Wasser absorbierende Oberfläche vorteilhaft großflächig ist.
Gegebenenfalls entspricht die Wasser absorbierende Oberfläche ca. 30%, 50% oder 80% einer Seitenfläche bzw. der gesamten Wand. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Wasser absorbierende Oberfläche der Solelösung bzw. Soleflüssigkeit wenigstens über nahezu eine gesamte Seitenfläche bzw. der gesamten Wand. Hierdurch wird eine möglichst große, aktiv das Wasser absorbierende Oberfläche der Solelösung erzeugt. Generell besteht der Zusammenhang, dass je größer die Wasser absorbierende Oberfläche der Solelösung ist, desto vorteilhafter bzw. größer ist die Wasserabsorption und/oder die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Allgemeinen ist eine Maximierung der Wasser absorbierenden Oberfläche der Solelösung insbesondere pro Volumeneinheit anzustreben.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Solelösung als Flüssigkeitsfilm bzw. Flüssigkeitsbenetzung wenigstens an einer der bzw. vorzugsweise an beiden Seitenflächen des Flüssigkeitsspeichers ausgebildet. Hierdurch wird eine vergleichsweise großflächige Wasser absorbierende Oberfläche realisierbar. Darüber hinaus wird ein vorteilhaftes Verhältnis von Flüssigkeitsvolumen zur aktiv Wasser absorbierenden Flüssigkeitsoberfläche erreicht. Dies führt zu einer besonders effektiven Wassergewinnung durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Gegebenenfalls wird die erfindungsgemäße, Wasser absorbierende, auf sich gegenüberliegende Seiten der Wand des Flüssigkeitsspeichers vorzusehende Oberfläche der Solelösung durch einen Überlauf bzw. über eine Kante und/oder Stirnseite der Wand überlaufende und an der Außenwand entlang fließende Solelösung verwirklicht. Alternativ oder in Kombination hierzu weist die Wand zahlreiche Durchströmungsöffnungen zum Durchströmen der Solelösung von einer ersten Seite zur dieser gegenüberliegenden Seite der Wand auf. Mit dieser Maßnahme wird in vorteilhafter Weise eine großflächige, insbesondere als Flüssigkeitsfilm ausgebildete Wasser absorbierende Oberfläche auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Wand als ein Gitter, ein Lochblech, ein Netz, ein Vlies, ein Geflecht, eine Membran und/oder eine Lederhaut ausgebildet. Entsprechende Ausführungen der Wand realisieren auf besonders einfache Weise eine entsprechend vorteilhafte Wasser absorbierende Oberfläche. Beispielsweise bei einem Vlies, Gewebe, Leder oder dergleichen wird die großflächige Ausführung der Oberfläche gemäß der Erfindung vor allem mittels Kapillarkräften, Oberflächeneffekten, etc. vorteilhaft realisiert.
Vorteilhafterweise ist wenigstens auf einer Seite, z.B. auf der Außenseite und/oder Unterseite der Wand des Flüssigkeitsspeichers ein Verteilerelement zum flächigen Verteilen der Solelösung angeordnet. Hierdurch wird die flächige Ausbildung des Flüssigkeitsfilms bzw. der Benetzung der Wand vorteilhaft verwirklicht.
Alternativ oder in Kombination zur entsprechend ausgebildeten Wand des Flüssigkeitsspeichers ist das Verteilerelement als ein Gitter, ein Lochblech, ein Netz, ein Vlies, ein Geflecht, eine Membran und/oder eine Lederhaut ausgebildet. Gegebenenfalls ist eine Schichtung der bzw. schichtartigen Wand mit dem Verteilerelement realisiert. Beispielsweise ist das Verteilerelement lösbar oder unlösbar insbesondere flächig an der Wand fixiert. Möglicherweise ist jeweils wenigstens ein Verteilerelement auf den beiden sich gegenüberliegenden Seiten der Wand gemäß der Erfindung angeordnet.
Häufig kann der Flüssigkeitsspeicher als ein die Solelösung wenigstens teilweise umschließendes Gefäß, Behälter oder dergleichen ausgebildet werden. Vorteilhafterweise ist der Flüssigkeitsspeicher im Wesentlichen als plane, weitgehend ebene bzw. flache Scheibe ausgebildet. Hierbei wird die Speicherung der Solelösung unter anderem mittels deren Oberflächenspannung, Kapillarkräften oder dergleichen verwirklicht. Beispielsweise erfolgt die Speicherung auf der in vertikaler Richtung betrachteten Oberseite vorwiegend durch die Oberflächenspannung bzw. Fließfähigkeit der Solelösung.
Bei einem als Scheibe ausgebildeten Flüssigkeitsspeicher wird in besonders einfacher Weise eine relativ großflächige, Wasser absorbierende Oberfläche ausgebildet. Hierbei kann die erfindungsgemäße Wasser absorbierende Oberfläche etwa dem Zweifachen der Fläche einer Seite der Wand bzw. etwa der gesamten Wandfläche z.B. einschließlich Stirnseiten entsprechen. Zudem kann ein als Scheibe ausgebildeter Flüssigkeitsspeicher das beanspruchte Bauvolumen minimieren bzw. kann die Wasser absorbierende Oberfläche pro Volumeneinheit maximieren. Hierbei kann die Solelösung vorzugsweise als Flüssigkeitsfilm bzw. Benetzung auf allen Seiten, z.B. sowohl oberhalb als auch unterhalb der Scheibe ausgebildet werden.
Grundsätzlich kann die Wand wenigstens teilweise aus porösem, insbesondere gesintertem Material bestehen, so dass das von der Wand eingeschlossene bzw. ausgebildete Volumen als Speicher realisiert ist.
Weiterhin kann das Verteilerelement als entsprechend ausgebildeter Flüssigkeitsspeicher realisiert werden, z.B. als Gewebe, Vlies, etc.
Möglicherweise ist die Scheibe nahezu vertikal angeordnet. Vorzugsweise ist die Scheibe weitestgehend horizontal ausgerichtet. In besonderen Weiterbildungen kann die vertikale und/oder horizontale Scheibe um eine Drehachse bewegbar ausgebildet werden. Eine bewegbare, insbesondere rotationssymmetrische Scheibe gemäß der Erfindung kann zum Transport und/oder zur Erzeugung bzw. Ausrichtung einer vorteilhaften Fließbewegung der Solelösung verwendet werden. Im Allgemeinen wird die nahezu horizontal ausgerichtete Scheibe weitgehend unbeweglich als statische Scheibe ausgebildet, was den konstruktiven Aufwand entsprechend reduziert.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten bzw. Stützen der Wand vorgesehen. Mit dieser Maßnahme kann der Flüssigkeitsspeicher vorteilhaft angeordnet und statisch stabil abgestützt werden, wodurch unter anderem die Wand bzw. die Scheibe relativ dünn und/oder konstruktiv besonders einfach realisierbar ist.
Vorteilhafterweise weist die Haltevorrichtung wenigstens eine Tragsäule auf. Beispielsweise wird die Tragsäule im mittleren Bereich bzw. im Bereich der Drehachse angeordnet.
Gegebenenfalls wird die Tragsäule als Strangpresselement ausgebildet, wodurch eine relativ wirtschaftlich günstige Ausführung der Haltevorrichtung umgesetzt werden kann.
Möglicherweise sind alternativ zur Tragsäule bzw. in Kombination zu dieser mehrere Halteelemente vorteilhaft über die Fläche der Scheibe und/oder im Randbereich bzw. am Umfang der Scheibe bzw. des Speichers angeordnet. Zum Beispiel sind diese Halteelemente als Stützstangen, hängende Stahlseile oder dergleichen ausgebildet. Bei hängenden Halteelementen ist besonders von Vorteil, dass diese im Allgemeinen nicht knicken.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind mehrere Flüssigkeitsspeicher bzw. nahezu plane Scheiben vorgesehen. Hierdurch kann die Wasser absorbierende Oberfläche gemäß der Erfindung in besonders starkem Maß bzw. einfacher Weise vorteilhaft vergrößert werden.
Gegebenenfalls sind mehrere vertikal oder horizontal ausgerichtete Flüssigkeitsspeicher bzw. nahezu plane Scheiben in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet und drehen sich möglicherweise um die horizontale bzw. vertikale Achse. Vorzugsweise sind die horizontal ausgerichteten Flüssigkeitsspeicher in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Hierdurch ist eine vorteilhafte Kaskade realisierbar, wobei die Solelösung von einem ersten Speicher zu einem darunter angeordneten zweiten Speicher, u.s.w. mittels der Schwerkraft fließt bzw. transportiert wird. Beispielsweise fließt die Solelösung entlang der Oberfläche der Wand bzw. deren Unterseite und/oder der Haltevorrichtung zum nächsten Flüssigkeitsspeicher oder einem Sammelelement.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind Soletropfen zum Transportieren der Solelösung wenigstens von einem ersten Flüssigkeitsspeicher zu einem zweiten Flüssigkeitsspeicher vorgesehen. Dies bedeutet unter anderem, dass die Solelösung von einem Flüssigkeitsspeicher bzw. von einer Scheibe zum nächsten Speicher bzw, zur nächsten Scheibe mit möglichst vielen Tropfen tropft. In vorteilhafter Weise umfasst hierbei die Wasser absorbierende Oberfläche der Solelösung wenigstens die Tropfenoberfläche. Beispielsweise bei mehreren Millionen Tropfen pro Kubikmeter ergibt sich mit dieser vorteilhaften Maßnahme eine deutliche Vergrößerung der Wasser absorbierenden Oberfläche, was die Ausbeute bzw. die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verbessert.
Vorzugsweise ist ein Ablaufelement zum vorgegebenen Ablaufen bzw. Bilden der Tropfen vorgesehen. Zum Beispiel ist das Verteilerelement bzw. die Wand als Ablaufelement ausgebildet. Ein entsprechendes Ablaufelement definiert z.B. die Tropfendichte pro Fläche bzw. Volumen und verhindert in vorteilhafter Weise ein Zusammenlaufen der Solelösung. Ein durch ein Zusammenlaufen der Solelösung erzeugter, durchgehender Abfluss der Solelösung von einem Speicher weist gegenüber einzelnen, zahlreichen Tropfen eine kleinere Wasser absorbierende Oberfläche auf.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein Zufuhrelement zum Zuführen der Solelösung mit einer ersten Salzkonzentration vorgesehen. Beispielsweise umfasst die Haltevorrichtung, insbesondere die Tragsäule das Zufuhrelement.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Abfuhrelement zum Abführen der Solelösung mit einer zweiten Salzkonzentration vorgesehen, wobei die zweite Salzkonzentration wesentlich kleiner als die erste Salzkonzentration ist.
Gegebenenfalls werden mehrere Flüssigkeitsspeicher seriell von der Solelösung durchströmt bzw. beaufschlagt und in einem Sammelelement bzw. Solespeicher mit der zweiten Salzkonzentration gespeichert bzw. gesammelt. Die seriell verschalteten Flüssigkeitsspeicher bilden mit der Solezuführung und dem Sammelelement ein vorteilhaftes Modul. Vorteilhafterweise sind mehrere Module vorgesehen, gegebenenfalls in vertikaler Richtung betrachtet übereinander und/oder nebeneinander angeordnet. Die Module sind in vorteilhafter Weise parallel verschaltet bzw. von Solelösung durchflossen. Hierbei werden die Module bzw. einzelnen Solelösungen im Allgemeinen zusammengeführt, wobei sich die Solelösungen der einzelnen Module vermischen und gegebenenfalls in einem Vorratspeicher zwischengespeichert werden.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Aufkonzentriereinheit zum Aufkonzentrieren der Solelösung von der zweiten Salzkonzentration auf die erste Salzkonzentration vorgesehen. Beispielsweise wird hierbei wenigstens teilweise die Desorption des Wassers realisiert. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird aus der Solelösung vorteilhaftes Wasser bzw. Trinkwasser abgetrennt und einer Verwendung bzw. Verwertung zuführbar. Häufig wird das hierdurch gewonnene Wasser als Trink- und/oder Bewässerungswasser verwendet.
In vorteilhafter Weise umfasst die Aufkonzentriereinheit wenigstens einen mechanischen Filter, Sieb oder dergleichen, wodurch Verschmutzungen bzw. Partikel insbesondere in Strömungsrichtung vor der Aufkonzentrierstufe wirkungsvoll entfernt bzw. zurückgehalten werden.
Gegebenenfalls weist die Aufkonzentriereinheit wenigstens eine semipermeable Membran zum Gewinnen des Wassers bzw. Trinkwassers auf. Vorzugsweise umfasst die Aufkonzentriereinheit wenigstens einen Verdampfer zum wenigstens teilweisen Verdampfen der Solelösung. Hierbei ist insbesondere eine gegebenenfalls kühlbare Kondensationseinheit zum Kondensieren des Wasserdampfes und Gewinnen des Wassers vorgesehen.
Die Verwendung eines Verdampfers weist insbesondere den Vorteil auf, dass in ariden bzw. halbariden Gegenden besonders einfach Wärmeenergie bzw. Solarenergie in ausreichender Menge und mit vielfach bewährten Techniken zur Verfügung steht. Häufig werden hierbei entsprechende Energiespeicher in unterschiedlichsten Varianten eingesetzt, wodurch z.B. ein weitgehend durchgehender Tag- und/oder Nachtbetrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung realisiert werden kann.
Vorzugsweise ist eine Haut zur Ummantelung bzw. Schutz der Vorrichtung und/oder des/der Flüssigkeitsspeicher bzw. Module wenigstens teilweise als in eine Windrichtung ausrichtbare Haut ausgebildet. Mit dieser Maßnahme kann eine Anpassung an ungünstige atmosphärische Bedingungen wie Sturm, etc. verwirklicht werden. Beispielsweise ist wenigstens ein Teil der Haut aus zahlreichen, drehbar gelagerten Lamellen realisiert. Diese Lammellen werden im Allgemeinen in die Windrichtung ausgerichtet, so dass eine vorteilhafte Lenkung des Windes bzw. der zu entfeuchtenden Luft realisierbar ist.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Luftsteuereinheit zum gesteuerten Anströmen von Luft zu wenigstens einem Flüssigkeitsspeicher vorgesehen. Hiermit kann im Allgemeinen bezogen auf die natürliche Windanströmung zusätzlich relativ feuchte Luft dem bzw. den Flüssigkeitsspeichern zugeführt werden, insbesondere bei Windstille oder zu geringen Windgeschwindigkeiten, so dass die Wassergewinnung weiter verbessert wird.
Gegebenenfalls ist eine separate Luftsteuereinheit und/oder eine in die Haltevorrichtung bzw. Tragsäule integrierte Luftsteuereinheit vorgesehen. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Haut wenigstens teilweise die Luftsteuereinheit. Hierdurch kann die zum Wind ausrichtbare Haut als Lenkelement und gegebenenfalls zur zusätzlichen Anströmung der Flüssigkeitsspeicher ausgebildet werden.
Vorzugsweise weist die Luftsteuereinheit wenigstens eine Luftdruckerzeugungseinheit wie ein Gebläse, eine Pumpe oder dergleichen und/oder ein Luftverteilerelement wie z.B. eine Luftdüse, etc. auf. In vorteilhafter Weise ist das Luftverteilerelement wie z.B. die Luftdüse, etc. auf dem Wind abgewandten Ende der Haut bzw. eines drehbar gelagerten Hautelementes angeordnet. Im Allgemeinen sind in vertikaler Richtung mehrere Luftverteilerelemente bzw. Luftdüsen vorgesehen. Mit diesen Maßnahmen wird die Anströmung der Flüssigkeitsspeicher mit relativ feuchter atmosphärischer Luft weiter verbessert, so dass die Effizienz der gesamten Anlage bzw. die Ausbeute pro Volumeneinheit des Bauwerks bzw. des Absorbens/Adsorbens vorteilhaft gesteigert wird.
Generell stehen als hygroskopisches Salz der Solelösung unterschiedlichste Stoffe zur Auswahl, z.B. Natriumchlorid, Kaliumacetat oder Lithiumchlorid. Das vorteilhafte Lithiumchlorid kann Wasser aus atmosphärischer Luft z.T. noch bei bis zu ca. 12% Luftfeuchtigkeit absorbieren. Zudem nimmt Lithiumchlorid Wasser aus der atmosphärischen Luft selbst bei einer Überdeckung des Salzes mit Wasser bzw. Solelösung auf. Die Absorption des atmosphärischen Wassers durch die Solelösung endet hierbei bei einem Verhältnis Salz zu Wasser von etwa eins zu vier Gewichtseinheiten.
Grundsätzlich wird in der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglichst ausschließlich ein fluides bzw. flüssiges, d.h. fließfähiges Absorbens verwendet. Ein entsprechend fließfähiges bzw. flüssiges Absorbens bzw. Solelösungen mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen zeichnen sich durch eine besonders einfache Transportmöglichkeit aus. Beispielsweise können zum aktiven Transport der Solelösung handelsübliche Transportvorrichtungen wie Pumpen oder dergleichen verwendet werden.
Prinzipiell sind alternative und/oder weitere, vorteilhafte Oberflächen vergrößernde Maßnahmen bzw. Elemente denkbar, z.B. Scheiben mit quer zur Ebene gerichteten Elementen wie Erhebungen, Rippen, Stiften, Fäden, etc., und/oder Schüttungen wie Kies, Sand, Kugeln, u.s.w.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1,
3 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 einschließlich einer Ummantelung,
4 eine schematische, perspektivische Darstellung der Vorrichtung mit Ummantelung gemäß 3,
5 ein schematischer Querschnitt durch die Vorrichtung mit Ummantelung gemäß 3 und
6 ein schematisches Detail der Vorrichtung gemäß 1.
In den Figuren sind Vorrichtungen zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft gemäß der Erfindung dargestellt. Diese umfassen zahlreiche Scheiben 1 bzw. Flüssigkeitsspeicher 1 zur Speicherung einer Solelösung 2. In der detaillierten 6 wird deutlich, dass die Sole 2 vorzugsweise als Tropfen 3 aufgrund der Schwerkraft von einer ersten Scheibe 1a zu einer zweiten Scheibe 1b, u.s.w. längs des dargestellten Pfeils P transportiert wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich einzelne Tropfen 3 eingezeichnet.
Luft 4 mit einer gewissen Luftfeuchtigkeit strömt längs bzw. entlang den Scheiben 1, wobei die hygroskopische Sole 2 das in der Luft 4 enthaltene Wasser absorbiert und somit durch die Entfeuchtung der Luft 4 verdünnt wird. Das heißt, dass eine Salzkonzentration c der Sole 2, 3 auf dem Weg von der Scheibe 1a zur Scheibe 1e aufgrund der Wasseraufnahme sinkt (c₁ > c₂). Die Salzkonzentration c stellt das Verhältnis einer Salzmenge pro Volumeneinheit dar (Einheit: g/cm³). Als Salz wird vorzugsweise Lithiumchlorid verwendet, das bis zu einer Luftfeuchtigkeit von ca. 12% Wasser der Luft 4 entziehen kann. Zudem kann Lithiumchlorid Wasser absorbieren bis zu einem Verhältnis von einem Gewichts-Teil Salz zu vier Gewichts-Teilen Wasser.
Das Wasserdampf der Luft 4 wird an einer Oberfläche F der Sole 2 absorbiert. Aufgrund der relativ großen Fläche der Scheiben 1 und dem vergleichsweise kleinen Speichervolumen der Scheiben 1 wird ein vorteilhaftes Oberflächen-Volumen-Verhältnis realisiert, so dass die Absorption des Wassers besonders effizient erfolgt. Zum Beispiel weist die Scheibe 1 einen Radius von mehreren Metern auf. Die Sole 2 wird hierbei als vergleichsweise dünner Flüssigkeitsfilm bzw. Benetzung auf der Oberseite F₁ und/oder haftend an der Unterseite F₂ der Scheibe 1 gespeichert, so dass gemäß der Erfindung auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Wand 1 die absorbierende Oberfläche F₁, F₂ verwirklicht wird. Gegebenenfalls wird innerhalb der porösen bzw. durchlässigen Scheibe 1 bzw. Wand 1 die Sole 2 zwischengespeichert.
Darüber hinaus wird die Oberfläche F₃ des Tropfens 3 als aktive, Wasser absorbierende Oberfläche F₃ ausgebildet, so dass die Absorption weiter verbessert wird. Weiterhin wird durch vorteilhafte Ausgestaltung der Scheiben 1 erreicht, dass die Sole 2 bzw. Tropfen 3 quer zur Tropfrichtung auf den Scheiben strömen, so dass die Verweildauer als auch der Weg der Sole 2 innerhalb der Vorrichtung gemäß der Erfindung verlängert wird. Dies verbessert zusätzlich die Absorption des Wasserdampfs.
Beispielsweise sind die Scheiben 1 als Lochbleche 1, poröse Scheiben 1, textile Gewebe, etc. ausgebildet. Die beschriebene Verlängerung des Transportweges kann dadurch erreicht werden, dass die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten Löcher der einzelnen Scheiben 1 versetzt zueinander angeordnet sind, so dass ein vorteilhafter Transportweg gemäß dem Pfeil P der 6 verwirklicht wird.
In 6 sind unterschiedlichste Varianten der Flüssigkeitsspeicher 1 bzw. Scheiben 1 schematisch dargestellt. Scheibe 1a ist im Wesentlichen als eine weitgehend plane Scheibe 1a mit zahlreichen Löchern bzw. Poren realisiert. Zur Vergrößerung des Speichervolumens weist die Scheibe 1a einen hochstehenden Rand 5 auf. Der Rand 5 kann z.B. wenige Millimeter oder Zentimeter hoch sein. Zudem weist die Scheibe 1a, 1b wenigstens eine Erhebung 6 auf. Diese Erhebung 6 ist derart ausgebildet, dass ein Halteelement 7 zum Halten bzw. Stützen der Scheibe 1 in vorteilhafter Weise an der Scheibe 1 angeordnet ist, so dass die Sole 2 möglichst nicht am Halter 7 entlang strömt bzw. zur nächsten Scheibe 1h bzw. 1c fließ, sondern möglichst im planen Bereich der Scheibe 1 abtropft.
Die Scheiben 1b, 1c, 1e weisen jeweils einen Vlies 8, etc. auf, der an der Unterseite der Scheibe 1b, 1c, 1e angeordnet bzw. befestigt ist. Hierdurch wird die möglichst über die gesamte Fläche der Scheibe 1 gleichmäßige Verteilung der Sole 2 bzw. Tropfen 3 erreicht. Dies gewährleistet, dass sowohl auf der Oberseite F₁ der Scheibe 1 als auch auf der Unterseite F₂ der Scheibe 1 die Wasser absorbierende Oberfläche F ausgebildet und möglichst großflächig realisiert ist.
Die Scheibe 1c weist darüber hinaus an der Oberseite ein Vlies 8, etc. auf, so dass sowohl das Speichervolumen der Scheibe 1 vergrößert als auch die möglichst über die gesamte Fläche F der Scheibe 1 gleichmäßige Verteilung der Sole 2 gewährleistet wird.
Die Scheiben 1d und 1e sind als besonders einfach ausgebildete Varianten der Flüssigkeitsspeicher 1 gemäß der Erfindung realisiert. Diese sind vollständig planar, ohne Rand 5, Erhebung 6 oder dergleichen. Hierbei verteilt sich die Sole 2 im Wesentlichen aufgrund von Oberflächeneffekten auf der Oberseite der Scheibe 1.
Generell kann bei der Verwendung von biegeschlaffen Scheiben 1 und/oder Vliesen 8, etc. eine nicht näher dargestellte, weitgehend biegesteife, flächige Stütze wie z.B. ein Gitter, Lochblech, Verstrebung, u.s.w. am Flüssigkeitsspeicher 1 angeordnet werden. Möglicherweise wird eine biegesteife Scheibe 1 mit einem biegeschlaffen Verteilerelement bzw. Vlies 8 bzw. eine biegeschlaffe Scheibe 1 mit einem biegesteifen Verteilerelement 8 kombiniert werden.
Der Halter 7 bzw. Abstandshalter 7 gemäß 6 kann sowohl als Tragsäule 7, Haltestange 7, Stütze 7 und/oder hängendes Stahlseil 7 oder dergleichen ausgebildet werden. Vorzugsweise ist ein Abstand 9 zwischen einem und mehreren Zentimetern groß Hierdurch wird die Belastung der Halter 7 auf Knickung weitgehend minimiert. Im Allgemeinen sind zahlreiche Halter 7 insbesondere gleichmäßig über der Fläche der Scheibe 1 verteilt, so dass bei hoher Stabilität der Vorrichtung relativ dünne Scheiben 1 verwendbar sind. Zum Beispiel sind die Scheiben 1 schichtförmig mit einem ca. 1-2 mm dicken Lochblech 1 aus Edelstahl und einem bzw. zwei jeweils Millimeter dicken Vlies 8 aufgebaut.
In den Varianten der Figuren sind mehrere Scheiben 1 als Modul 10 miteinander gekoppelt. Hierbei stellt das Modul 10 eine Kaskade 10 aus zahlreichen Scheiben 1 dar, wobei gemäß 6 die Sole 2 von oben nach unten und von Scheibe 1 zu Scheibe 1 strömt.
In den 1 bis 4 sind z.B. jeweils zwei Module 10 in einer Baueinheit integriert, wobei die Module 10 strömungstechnisch parallel miteinander gekoppelt sind. Dementsprechend weist jedes Modul 10 einen Solezulauf 11 und einen Soleablauf 12 auf. Die zulaufende Sole 2 weist eine Konzentration c₃ und die ablaufende Sole 2 weist eine Konzentration ca auf. Die Konzentration c₃ ist hierbei deutlich größer als die aufgrund der Wasseraufnahme aus der Luft 4 stark verdünnte Konzentration ca. Die Aufkonzentrierung erfolgt mittels einem Verdampfer 13, der die Sole 2 lediglich verdickt, d.h. den wesentlichen Teil des Wassers der Sole 2 verdampft und nach einer Kondensation mit Hilfe eines Wasseraustrittes 14 für eine nicht näher dargestellte Verwertung wie z.B. als Trinkwasser, Brauchwasser und/oder Pflanzenbewässerungswasser bereitstellt.
Ein Modul 10 kann gemäß 1 bis 3 eine Verteilerwanne 15 und eine Sammelwanne 16 zum Verteilen bzw. Sammeln der Sole 2 des jeweiligen Moduls 10 aufweisen. Die Verteilerwanne 15 weist ohne nähere Darstellung zahlreiche, gegebenenfalls gleichmäßig über deren Fläche verteilte Durchlasslöcher auf, so dass die Sole 2 auf die darunter angeordnete Scheibe 1 verteilt wird. Möglicherweise ist die Wanne 15 bereits als Scheibe 1 ausgebildet bzw. weist wenigstens an einer Seite ein Vlies 8 oder dergleichen auf.
In 2, 3, 5 ist eine Tragsäule 17 erkennbar, die im mittleren Bereich der Scheiben 1 angeordnet ist und im Wesentlichen die Stabilität der Vorrichtung vorteilhaft beeinflusst. In einer nicht dargestellten Variante der Erfindung kann der Zulauf 11 und/oder der Ablauf 12 der Sole 2 innerhalb der Tragsäule 17 integriert werden.
Die 3 bis 5 zeigen zudem Blendelemente 18, die drehbar gelagert sind und zur Lenkung bzw. Ausrichtung in die Strömungsrichtung der Luft 4 bzw. des Windes (4) vorteilhaft gestellt werden können. Gegebenenfalls können die Blenden 18' für bestimmte Zwecke derart angeordnet werden, dass diese eine nahezu geschlossene Hülle um die Scheiben 1 bzw. Module 10 bilden, z.B. bei relativ ungünstigen atmosphärischen Bedingungen wie Sturm, extremer Sonneneinstrahlung, sehr geringer Luftfeuchtigkeit, etc.
Weiterhin kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Dach 19 und ein Fundament 20 aufweisen. Auf dem Dach 19 können bereits handelsübliche Elemente zur Gewinnung von Sonnenenergie bzw. Energie-Versorgung der Vorrichtung vorgesehen werden, z.B. Photovoltaik-Elemente und/oder Solarkollektoren. Zudem kann gegebenenfalls anfallendes Regenwasser vorteilhaft mittels dem Dach 19 gesammelt und einem nicht näher dargestellten Wasserspeicher zugeführt werden.
Darüber hinaus kann ohne nähere Darstellung auf dem Dach 9 oder seitlich, gegebenenfalls beabstandet neben dem Bauwerk eine Einströmöffnung zum Einströmen von atmosphärischer Luft angeordnet werden. Durch die Einströmöffnung kann Luft mit Hilfe einer Einströmeinheit bzw. Luftsteuereinheit feuchte Luft den Flüssigkeitsspeichern zugeführt werden. Vorzugsweise kann die Einströmeinheit wenigstens eine Durchströmleitung zu mehreren Luftverteilerelementen 21 aufweisen. Im Allgemeinen weist die Haut 18 bzw. jede Blende 18 wenigstens ein Luftverteilerelement 21 bzw. eine Düse 21 gemäß 5 auf. Hierbei sind in vertikaler Richtung längs der Blende 18 Gewöhnlicherweise zahlreiche Düsen 21 vorgesehen.
Entgegen der in 5 dargestellten Variante können auch nicht mittig, sondern an einem Ende, insbesondere dem Wind abgewandten Ende, drehbar gelagerte Blenden 18 vorgesehen werden. Vorteilhafterweise ist die Luftmenge, die durch die Luftdüsen 21 je Blende 18 strömen mittels einer elektrischen Steuereinheit steuerbar. Gegebenenfalls sind die Durchflussmenge regelbare Ventile zur Ansteuerung der Düsen 21 vorgesehen. Beispielsweise ist die aus einer Düse 21 strömende Luftmenge an die in Strömungsrichtung anschließend überströmte Strecke bzw. Fläche des Flüssigkeitsspeichers 15 angepasst. Je größer die Fläche, desto größer die Luftmenge pro Zeiteinheit. Am Rand des Flüssigkeitsspeichers 15 (bezogen auf die Windrichtung) ist die Luftmenge pro Zeiteinheit kleiner als in der Mitte.
Die Blenden 18 können in vorteilhafter Weise als Partikelfilter 18 ausgebildet werden, z.B. zum Filtern von Partikeln wie Sand, Schmutz, etc aus der atmosphärischen Luft. Dies ist insbesondere bei Sandstürmen vorteilhaft, wobei die Blenden 18 derart ausgerichtet sind, dass diese eine nahezu geschlossene Haut ausbilden. Hierbei kann durch die als Filter 18 ausgebildeten Blenden 18 Sand, etc. zurückgehalten und Luft 4 in die Vorrichtung hineingelassen werden bzw. zu den Flüssigkeitsspeichern 15 strömen.
Generell kann die Sole 2 Zusatzstoffe z.B. zur Verhinderung einer Verkeimung, etc. aufweisen. Die Sole 2 wird im Allgemeinen im Kreislauf geführt bzw. rezirkuliert und das aufgenommene Wasser wird beim Durchgang durch die Scheiben 1 bzw. Module 10 in vorteilhafter Weise von der Sole 2 insbesondere mittels dem Verdampfer 13 abgetrennt.
Weiterhin kann prinzipiell die Luft 4 mittels natürlicher Strömung bzw. Bewegung durch die Vorrichtung bzw. entlang den Scheiben 1, Module 10 und/oder mittels wenigstens einer vorteilhaften Druck- bzw. Strömungs-Erzeugungseinheit wie ein Ventilator, eine Turbine, ein Gebläse oder dergleichen strömen. Bei der letztgenannten Variante sind in bevorzugter Weise wenigstens eine Strömungslenkvorrichtung vorzusehen.
Grundsätzlich kann die gesamte Vorrichtung gemäß der Erfindung bzw. das „Shelter-System" mittels rechnergesteuerten Mess- und Prozesssteuerung weitgehend optimal an die lokalen klimatischen und energetischen Verhältnisse angepasst werden. Hierzu sind insbesonder Sensoren zur Erfassung einer Temperatur, eines Drucks, Feuchtigkeit, Durchflussmenge, der Windrichtung bzw. -stärke, Betriebsbereitschaft einzelner Elemente der Vorrichtung, etc. vorgesehen.

1: Scheibe
2: Sole
3: Tropfen
4: Luft
5: Rand
6: Erhebung
7: Halter
8: Vlies
9: Abstand
10: Modul
11: Zulauf
12: Ablauf
13: Verdampfer
14: Austritt
15: Wanne
16: Wanne
17: Tragsäule
18: Blende
19: Dach
20: Fundament
21: Düse
c: Konzentration
F: Oberfläche
P: Pfeil

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft (4) mit einem Adsorbens (2) bzw. Absorbens (2), das wenigstens teilweise als eine in mindestens einem Flüssigkeitsspeicher (1) gespeicherte Solelösung (2) mit einem hygroskopischen Salz zur Adsorption bzw. Absorption des Wassers ausgebildet ist, wobei wenigstens eine das Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche (F) der Solelösung (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche (F) der Solelösung (2) wenigstens auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten (F₁, F₂) einer Wand (1) des Flüssigkeitsspeichers (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Oberfläche (F) der Solelösung (2) wenigstens über nahezu eine gesamte Seitenfläche der Wand (1) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solelösung (2) als Flüssigkeitsfilm wenigstens an einer der Seitenflächen des Flüssigkeitsspeichers (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (1) zahlreiche Durchströmungsöffnungen zum Durchströmen der Solelösung (2) von einer ersten Seite zur dieser gegenüberliegenden Seite der Wand (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (1) als ein Gitter, ein Lochblech, ein Netz, ein Vlies, ein Geflecht, eine Membran und/oder eine Lederhaut ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf einer Seite der Wand (1) ein Verteilerelement (8) zum flächigen Verteilen der Solelösung (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (8) als ein Gitter, ein Lochblech, ein Netz, ein Vlies, ein Geflecht, eine Membran und/oder eine Lederhaut ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsspeicher (1) im Wesentlichen als plane Scheibe (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Haltevorrichtung (7, 17) zum Halten bzw. Stützen der Wand (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (7, 17) wenigstens eine Tragsäule (17) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flüssigkeitsspeicher (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsspeicher (1) in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Soletropfen (3) zum Transportieren der Solelösung (2) wenigstens von einem ersten Flüssigkeitsspeicher (1) zu einem zweiten Flüssigkeitsspeicher (1) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser adsorbierende bzw. absorbierende Oberfläche (F) der Solelösung (2) wenigstens die Tropfenoberfläche (F₃) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zufuhrelement (11) zum Zuführen der Solelösung (2) mit einer ersten Salzkonzentration (c, c₁, c₃) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abführelement (12) zum Abführen der Solelösung (2) mit einer zweiten Salzkonzentration vorgesehen ist, wobei die zweite Salzkonzentration (c, c₂, c₄) wesentlich kleiner als die erste Salzkonzentration (c, c₁, c₃) ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufkonzentriereinheit (13) zum Auf konzentrieren der Solelösung (2) von der zweiten Salzkonzentration (c, c₂, c₄) auf die erste Salzkonzentration (c, c₁, c₃) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf konzentriereinheit (13) wenigstens einen Verdampfer (13) zum wenigstens teilweisen Verdampfen der Solelösung (2) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Haut (18, 19, 20) zum wenigstens teilweisen Ummanteln der Vorrichtung und/oder des/der Flüssigkeitsspeicher aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haut (18, 19, 20) wenigstens teilweise als in eine Windrichtung ausrichtbare Haut (18) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Luftsteuereinheit (21) zum gesteuerten Anströmen von Luft zu wenigstens einem Flüssigkeitsspeicher (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haut (18, 19, 20) wenigstens teilweise die Luftsteuereinheit (21) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftsteuereinheit (21) wenigstens ein Gebläse und/oder eine Luftdüse (21) aufweist.
Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft (4) mit einem Adsorbens (2) bzw. Absorbens (2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche verwendet wird.