DE10314895A1

DE10314895A1 - Equipment recovering liquid by condensation from gas, especially water from air, passes gas through folded channel forming inner part of condensing heat exchanger

Info

Publication number: DE10314895A1
Application number: DE10314895A
Authority: DE
Inventors: Michael Licht
Original assignee: Fachhochschule Suedwestfalen
Current assignee: Fachhochschule Suedwestfalen
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-21

Abstract

The fluid- (F) laden gas (G) passes through a folded flow channel. This forms the inner part of a counterflow heat exchanger and surrounds a condenser. An independent claim is included for the corresponding method.

Description

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sammeln von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an apparatus and a method for collecting of water from the air humidity according to the preamble of the claim 1.

Stand der TechnikState of technology

Die Gewinnung von sauberem Trinkwasser stellt bei rapider Abnahme des Grundwasserspiegels ein immer größer werdendes Problem da. Eine Grundwasserspiegel neutrale Wassergewinnung besteht in der Nutzung der Luftfeuchtigkeit. Zur Gewinnung von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit wird Kälteleistung benötigt, die man durch Strahlungsaustausch gewinnen kann. Dabei wird Wärmeenergie durch Strahlungsaustausch mit der höheren Atmosphäre abgeführt.The Obtaining clean drinking water represents a rapid decrease in Groundwater level is getting bigger and bigger Problem there. A groundwater table provides neutral water production in the use of humidity. For the extraction of water from the humidity becomes cooling capacity needed that one can gain through radiation exchange. Thereby heat energy dissipated by radiation exchange with the higher atmosphere.

Erfolgreich sind bisher die Vorrichtungen zur Trinkwassergewinnung aus Nebel in Küstenregionen zum Einsatz gekommen. Bei geringerer Luftfeuchtigkeit sind bisher nur Anlagen mit erhöhtem technischen Aufwand vorgeschlagen ( DE19811275 A , DE19838463 A , DE19903649 A , DE 19734887 ) worden. Allerdings ist der wirtschaftliche Aufwand hoch. Die vorgeschlagenen Anlagen stehen daher eher in direkter Konkurrenz zu einer häufig nur geringfügig teureren Tiefbrunnenbohrung.So far, the devices for drinking water from fog in coastal regions have been used successfully. In the case of lower air humidity, only systems with increased technical effort have so far been proposed ( DE19811275 A . DE19838463 A . DE19903649 A . DE 19734887 ). However, the economic effort is high. The proposed systems are therefore more likely to compete directly with deep well drilling, which is often only slightly more expensive.

Zur Wassergewinnung aus der Luftfeuchtigkeit sollte die Wärme genutzt werden, die ein Körper an den sonnenabgewandten Himmel durch Strahlungsaustausch abgibt. Gerade in Gebieten, die unter Trockenheit leiden, ist nachts der Himmel klar und wolkenlos und die Abstrahlung führt zu einer starken Abkühlung. Ausreichend große Körper (Steine) sind noch in den Morgenstunden so kalt, dass an ihrer Oberfläche Wasser kondensiert (Tau). Durch die geringe Masse dieser Körper ist die Taupunkttemperatur aber bald überschritten. Größere Körper können sich in der Nacht nicht bis unter die Taupunkttemperatur der feuchten Luft des Tages abkühlen, da sie am Tage durch Sonneneinstrahlung eine erhöhte Wärmemenge tragen oder bedingt durch ihre Lage nur teilweise ihre am Tage gewonnene Wärmemenge durch Wärmestrahlung in der Nacht abgeben.to Extracting water from the humidity should use the heat be that one body gives off to the sky away from the sun by radiation exchange. Especially in areas that suffer from drought, this is the case at night Sky clear and cloudless and the radiation leads to a strong cooling. Sufficient size body (Stones) are so cold in the morning hours that there is water on their surface condenses (dew). Due to the low mass this body is but soon exceeded the dew point temperature. Larger bodies can at night not below the dew point temperature of the humid Cool the air of the day, because they carry or cause an increased amount of heat during the day due to sunlight due to their location only partially the amount of heat gained during the day through heat radiation hand in at night.

Im Patent GB 2209683 A werden Vorrichtungen beschrieben, in denen die zur Kondensation genutzte Oberfläche durch Wärmeleitung mit einer wärmeabstrahlenden Oberfläche verbunden ist. Die Umgebungsluft wird dort mittels natürlicher Konvektion oder durch Zuhilfenahme eines sonnenerwärmten Schornsteins angesaugt und an dieser Oberfläche vorbeigeführt. In der Offenlegungsschrift DE 10114 089 A1 wird der ausgekühlte Körper hierzu, des Tages, von außen isoliert. Die dort verwendeten Mengen an Isoliermaterial führen in Transport und Erstellungsaufwendungen zu einer erheblichen Verteuerung der Anlage. Zudem wird ein Teil der Oberfläche des abgekühlten Körpers zur Kondensation nicht genutzt. In the patent GB 2209683 A Devices are described in which the surface used for condensation is connected to a heat-radiating surface by heat conduction. The ambient air is sucked in there by means of natural convection or with the help of a sun-heated chimney and is guided past this surface. In the published application DE 10114 089 A1 the cooled body is isolated from the outside during the day. The quantities of insulation material used there lead to a considerable increase in the cost of the system in transport and construction costs. In addition, part of the surface of the cooled body is not used for condensation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit zu entwickeln, die die benötigte Menge an Isolierungsmaterial und somit das Bauvolumen und Gewicht von Luftfeuchtigkeitskondensationsanlagen zu reduzieren und die effektiv nutzbare Kondensationsfläche zu erhöhen um hierdurch die Transportierbarkeit, Effektivität und Wirtschaftlichkeit von Luftfeuchtigkeitskondensationsanlagen zu verbessern.The The invention has for its object a device and a method to develop water from the humidity, the one needed Amount of insulation material and thus the volume and weight of humidity condensing systems to reduce and to increase the effective usable condensation area in order to be portable, effectiveness and economy of humidity condensation plants to improve.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This Task is in connection with the preamble of the claim 1 according to the invention the characterizing features of claim 1 solved.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll die in der Nacht durch Strahlungsaustausch gewonnene Kälteleistung am Tage möglichst vollständig zur Kondensatbildung genutzt werden. Hierzu wird die Umgebungsluft am Tage von einem sonnenerwärmten Schornstein angesaugt und an dem in der Nacht mit Hilfe verspiegelter Elemente ausgekühlten Körper abgekühlt. Der abgekühlte Luftstrom wird je nach Temperatur gedrosselt und nach Ablauf des Kondensationsprozesses mittels Gegenstrom mit der zugeführten Luft erwärmt. Ein beweglicher Teil des Gegenstromwärmetauschers wird am Tage genutzt, um den ausgekühlten Körper abzudecken. Die somit erzielte geregelte Luftführung um den ausgekühlten Körper reduziert die bisher notwendige Isolierung.In the device according to the invention should be the cooling capacity obtained at night through radiation exchange during the day if possible Completely can be used to form condensate. For this, the ambient air in the day from a sun-warmed Chimney sucked in and mirrored at night with the help Chilled items body cooled. The cooled one Airflow is throttled depending on the temperature and after the Condensation process by means of counterflow with the supplied air heated. On moving part of the counterflow heat exchanger is used during the day to cover the cooled body. The thus achieved controlled airflow around the chilled one body reduces the insulation previously required.

Um im Sommer bei 28°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit noch am Kondensator Wasser kondensieren zu lassen, ist nach dem Mollier Diagramm von Prof. Dr.-Ing. W. Häußler eine maximale Temperatur von 21 °C bzw. 294 K notwendig. Nach dem Stephan-Boltzmann-Gesetz ergibt damit eine Strahlungs-Kälte-Leistung als Differenz von Ab- und Einstrahlung von

In order to allow water to condense on the condenser at 28 ° C and 70% relative humidity in summer, the Mollier diagram by Prof. Dr.-Ing. W. Häußler a maximum temperature of 21 ° C or 294 K is necessary. According to the Stephan-Boltzmann law, this results in a radiation-cooling capacity as the difference between radiation and radiation of

Nimmt man zur Sicherheit einen Emissionsgrad von 0.93 und eine notwendige Abkühlung der Vorrichtung auf 10°C bis 15°C an, so kann man eine Kälteleistung von 85 bis 110 W/m² ernten. Nimmt man eine Ladezeit von 10 Stunden (Nacht) an, so ergeben sich bei einer Temperatur der Kondensatorfläche von 10 °C eine geerntete Kältearbeit von 0,83 kWh/m². Um diese zu speichern benötigt man unter der Annahme einer Temperaturdifferenz von 10 K 71 L Wasser, was einer Wasserschicht von 7,2cm entspricht. Zur Aufnahme der Wärmemenge würde auch eine 18 cm starke Sandschicht ausreichen. Die Wärmeleitung müsste allerdings bei Verwendung von Sand oder Lehm durch interne Metallstreifen oder möglicherweise durch Luftkanäle erreicht werden. Da Wasser als Produkt der Anlage später als regionaler Baustoff zur Verfügung steht, wurde dieser hier in der 2, ff als Wärmeträger mit feuchtem (20%) Sand oder Lehm für den schematische Aufbau verwendet. Diese Aufbauweise aus Textilmembran hat gegenüber einer reinen Wasserschicht den Vorteil, dass ohne Wasser mit geringer Sandfüllung ein Betriebsanlauf der Anlage möglich ist. Zudem benötigt dieser Aufbau gegenüber einer reinen Wasserschicht nur etwa halb so viel Wasser in der Erstellung.Assuming an emissivity of 0.93 and a necessary cooling of the device to 10 ° C to 15 ° C, a cooling capacity of 85 to 110 W / m ^{2 can be} harvested. Assuming a charging time of 10 hours (night), a harvested cooling work of 0.83 kWh / m ² results at a temperature of the condenser surface of 10 ° C. To save this, assuming a temperature difference of 10 K, 71 L of water is required, which corresponds to a water layer of 7.2 cm. An 18 cm thick layer of sand would also be sufficient to absorb the amount of heat. However, the heat conduction would have to be achieved through the use of internal metal strips or possibly through air ducts when using sand or clay. Since water is later available as a product of the plant as a regional building material, it was used here in the 2 , ff used as a heat transfer medium with moist (20%) sand or clay for the schematic structure. This method of construction made of textile membrane has the advantage over a pure water layer that the system can be started up without water with little sand filling. In addition, this structure only needs about half as much water to create compared to a pure water layer.

In einer weiteren Ausführungsform kann der flüssige Wärmeträger (Wasser) zum Beispiel durch Schläuche mit einem Nachtluftkühler in Verbindung gebracht werden. Anlagen zur Wassergewinnung aus der Luft die die benötigte Kälteleistung aus der kalten Nachtluft gewinnen sind z.B. in der Offenlegungsschrift DE 2810269 beschrieben. Die dort erzielbare mindest Temperatur liegen oberhalb derer die durch Strahlungsaustausch erreicht werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung würde zumindest in der ersten Nachthälfte beide Aggregate dazu beitragen den Körper abzukühlen. Der Nachtluftkühler kann hier aus Folien bestehen die so zusammengeschweißt sind das sich wasserführende Kühlschlangen oder Rippen bilden. Diese so präparierten Folien sind mit den Vor und Rücklauf an mindestens einen Segment des Körpers verbunden. Der Körper liegt vom Niveau tiefer als der Nachtluftkühler, so dass durch freie Konvektion des Wärmeträgers der Körper am kältesten bleibt. Dies kann weiter durch ein Stellglied sichergestellt werden das durch gemessener höherer Vorlauf- (vom Nachtluftkühler zum Körper) gegenüber Rücklauftemperatur (vom Körper zum Nachtluftkühler) oder ab einer Solltemperatur die Konvektion absperrt. Ein solches Stellglied lässt sich sehr einfach mit wenigstens einer Bimetalllamelle erstellen. Diese kann so in den Schlauch eingearbeitet sein das ein überwiegend großer Teil der Lamelle in wärmeleitenden Kontakt zur Flüssigkeit steht. Unterschreitet die Flüssigkeit die Solltemperatur verformt sich die Bimetalllamelle mit Schlauch dermaßen das ein Durchfluss nicht mehr möglich ist.In a further embodiment, the liquid heat transfer medium (water) can be connected to a night air cooler, for example by hoses. Systems for extracting water from the air that obtain the required cooling capacity from the cold night air are, for example, in the published patent application DE 2810269 described. The minimum temperature that can be achieved there is above those which can be achieved by radiation exchange. In this embodiment of the invention, at least in the first half of the night, both aggregates would help cool the body. The night air cooler can consist of foils that are welded together to form water-bearing cooling coils or fins. These foils prepared in this way are connected to the forward and return flow to at least one segment of the body. The body is lower in level than the night air cooler, so that the body remains coldest through free convection of the heat carrier. This can also be ensured by an actuator that blocks the convection by measuring a higher flow temperature (from the night air cooler to the body) compared to the return temperature (from the body to the night air cooler) or from a target temperature. Such an actuator can be created very easily with at least one bimetal lamella. This can be worked into the hose so that a predominantly large part of the lamella is in heat-conducting contact with the liquid. If the liquid falls below the target temperature, the bimetallic lamella deforms with a hose to such an extent that flow is no longer possible.

In den Morgenstunden bildet sich auch auf der Folie des Nachtluftkühlers Kondenswasser Tau) dieser kann durch wenigstens einer hydrophilen Oberfläche (z.B. eines Stoffes) absorbiert werden. In den folgenden Stunden verdunstet dieses Kondenswasser und kühlt den Nachtluftkühler durch die Verdunstungskälte. Auch diese Kältemenge kann zum abkühlen des inzwischen erwärmten Körpers verwendet werden.In In the morning hours, condensation forms on the film of the night air cooler Dew) this can be achieved by at least one hydrophilic surface (e.g. of a substance) are absorbed. Evaporated in the following hours this condensed water and cools the night air cooler through the evaporative cold. This amount of cold too can cool down the warmed up now body be used.

Die bewegliche Lasche des Gegenstromwärmetauschers wird am Morgen so an den abgekühlten Körper angebracht.The Movable tab of the counterflow heat exchanger is in the morning so on the cooled body appropriate.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird am Tage das verspiegelte Element nicht an die bewegliche Lasche angelegt, und die bewegliche Lasche ist mit ein oder mehreren zusätzlichen Membranen versehen, zwischen denen die zugeführte und abzuführende Luft im Gegenstrom geführt wird oder eine Isolierung umschließt.In another embodiment of the invention during the day, the mirrored element does not touch the movable tab created, and the movable tab is with one or more additional Provide membranes, between which the supplied and removed air led in countercurrent or encloses insulation.

Der aus dunkler Textilmembran bestehende Schornstein wird durch die Sonnenstrahlung erwärmt und generiert einen leichten Sog. Die durch die Anlage gesaugte Luftmenge wird durch wenigstens eine im kältesten Bereich angeordnete Drossellamellen beschränkt. Die Lamellen, ebenfalls aus Textmembran gefertigt, sind in den Senkrechten mit Bimetallstreifen verstärkt, welche je nach Arbeitspunkt die Textilmembran verformen und so die durch den Kanal strömende Luftmenge reduzieren (bei Lufttemperaturen nahe des Arbeitspunktes) oder erhöhen (bei Lufttemperaturen weit unter des Arbeitspunktes).The made of dark textile membrane is replaced by the Solar radiation warms up and generates a slight pull. The sucked through the plant Air volume is arranged by at least one in the coldest area Restrictor lamellae limited. The slats, also made of text membrane, are in the vertical reinforced with bimetal strips, which, depending on the working point, deform the textile membrane and thus the flowing through the channel Reduce air volume (at air temperatures close to the working point) or increase (at air temperatures far below the working point).

Die Kondensationswärme von Wasser beträgt bei Normalbedingungen 2257 kJ/kg. Die oben errechnete in einer Nacht mögliche minimale Ernte an Kältearbeit von 0,83 kWh/m² = 3000 kJ/m² würde somit theoretisch ausreichen, 1,33 kg Wasser zu ernten. Allerdings steht nicht die gesamte Energie zur Wassergewinnung bereit! Zur Abkühlung der als Beispiel angenommenen 28°C warmen Außenluft mit 70 % rel. Feuchte auf den mittleren Arbeitsbereich von 10°C der Anlage müssten ohne Gegenstromwärmetauscher 40 kJ/m³ bei einem Luftdruck von 1000mbar aufgebracht werden. Sollte der Gegenstromwärmetauscher die Luft bis vor den sonnenerwärmten Schornstein auf 25°C erwärmt haben so würden 18 kJ/m³ für die Abkühlung der Außenluft zurückgewonnen. Mit den in der Nacht abgestrahlten 3000 kJ/m² könnten somit pro m² Austauscherfläche 132 m³ Luft verarbeitet werden, was zur Gewinnung von 1120 g Wasser führt. Eine Anlage mit einer 2m hohen Abstrahlfläche und einer Länge von 17 m könnte an einem Tag eine Kondenswassermenge von 76 L generieren. Die Luftgeschwindigkeit in dem einem 31mm breiten Kanal entlang des Körpers und innerhalb der Laschen beträgt 0,24 m/s bzw. 0,85 km/h. Der vom Schornstein generierte Zug muss also nicht groß sein, um diese geringe Luftgeschwindigkeit zu erzeugen.The heat of condensation of water is 2257 kJ / kg under normal conditions. The minimum harvest of cold work of 0.83 kWh / m ² = 3000 kJ / m ² calculated in one night would thus theoretically be sufficient to harvest 1.33 kg of water. However, not all of the energy is available for water production! To cool the 28 ° C warm outside air taken as an example with 70% rel. Moisture in the middle working range of 10 ° C of the system would have to be applied without countercurrent heat exchanger 40 kJ / m ³ at an air pressure of 1000mbar. If the counterflow heat exchanger is up to the air have warmed the sun-heated chimney to 25 ° C so 18 kJ / m ³ would be recovered for cooling the outside air. With the 3000 kJ / m ² emitted during the night, 132 m ^{3 of} air could be processed per m ^{2 of} exchanger surface, which leads to the recovery of 1120 g of water. A system with a 2m high radiation area and a length of 17m could generate a condensation volume of 76 L in one day. The air speed in the 31mm wide channel along the body and inside the tabs is 0.24 m / s or 0.85 km / h. The draft generated by the chimney does not have to be large to generate this low air speed.

In einer weiteren Ausführungsform kann der flüssige Wärmeträger (Wasser) zum Beispiel durch Schläuche mit einem separaten Strahlungskühler in Verbindung gebracht werden.In a further embodiment can the liquid Heat transfer medium (water) for example through hoses with a separate radiation cooler be associated.

In einem solchen Strahlungskühler wird mit Hilfe spiegelnder Elemente die Wärmestrahlung des wasserführende Elements (z.B. dunkeler Schlauch) möglichst vollständig in den Sonnenabgewandten kälteren Himmelbereich abgestrahlt. Zur Erstellung ausreichend wäre hierfür schon eine Wärmeleitungsisolierende Folie. Diese würde mit einer weitereren reflektierenden Beschichtung versehenden Folie so zusammengeschweißt werden das sich wasserführende Kühlschlangen oder Rippen bilden können. Dabei sind die Kühlrippen bzw. schlangen dunkel anzufärben (beschichten) um die Abstrahlung zu vergrößern. Diese so präparierten Folien sind mit den Vor und Rücklauf an mindestens einen Segment des Körpers verbunden. Der Körper liegt vom Niveau tiefer als der Strahlungskühler so das durch freie Konvektion des Wärmeträgers der Körper am kältesten bleibt. Dies kann weiter durch ein Stellglied sichergestellt werden wie dieses bei der Ausführungsform zum Nachtluftkühler dargestellt wurde. Auf das abendliche auf und morgendliche abdecken des Körpers könnte damit verzichtet werden und die Anlage wäre bis auf Wartungstätigkeiten autark.In such a radiation cooler is the heat radiation of the water-carrying element with the help of reflective elements (e.g. dark hose) if possible Completely in the colder sky area facing away from the sun radiated. A thermal insulation would be sufficient for this Foil. This would with a further reflective coating provided foil so welded together become water-bearing cooling coils or can form ribs. Here are the cooling fins or snakes to darken (coat) to increase the radiation. These foils prepared in this way are with the forward and reverse connected to at least one segment of the body. The body lies from Level lower than the radiation cooler so that by free convection of the heat transfer medium body remains coldest. This can be further ensured by an actuator such as this in the embodiment for Night air cooler was shown. Cover up for the evening and cover the morning of the body could this would be dispensed with and the system would be except for maintenance activities self-sufficient.

Auch eine Kombination aus Nachtluft und Strahlungskühler ist erfindungsgemäß möglich. Hierzu müsste der beschriebene Strahlungskühler mit einer wärmestrahlungsdurchlässigen Folie so abgedeckt werden das über und zwischen den Kühlrippen ein Luftkanal sich ausbildet. Die Strahlungsfolie sollte möglichst in dem Wellenlängenbereich von 7μm bis 25μm optimal von 8μm bis 15μm transparent, alle weiteren Bereiche reflektierend sein. Die kühle Nachtluft wird durch den Schornstein angesaugt und kann solang durch diese Luftkanäle strömen bis ein Stellglied ab einer Solltemperatur diesen verschließt. Nach dem verschließen der Luftkanäle ist die Funktionsweise analog des Strahlungskühlers mit dem Vorteil das durch die zusätzliche stehende Luftsäule um den Kühlrippen eine geringer Wärmeverlust durch die wärmere Nachtluft erfolgt.Also a combination of night air and radiation cooler is possible according to the invention. To do this, the described radiation cooler with a film that is permeable to heat radiation so that's covered over and between the cooling fins an air duct is formed. The radiation foil should be as possible in the wavelength range of 7μm up to 25μm optimal of 8μm up to 15μm transparent, all other areas should be reflective. The cool night air is sucked in through the chimney and can continue through it air ducts stream until an actuator closes it from a target temperature. To close that of the air ducts is the operation analogous to the radiation cooler with the advantage that the additional standing column of air around the cooling fins a little heat loss through the warmer Night air takes place.

Es versteht sich von selbst, dass alle Regelungen und Strömungen vom Fachmann auch mit elektrischer Hilfe oder unter Zuhilfenahme anderer Thermostaten bewerkstelligt werden können.It goes without saying that all regulations and trends from Specialist with electrical help or with the help of others Thermostats can be accomplished.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsformen beschrieben.Further Details of the invention are shown schematically in the drawing using illustrated embodiments described.

Beschreibung der Figurendescription of the figures

1: Stellungsmöglichkeiten der verspiegelten, klappbaren Elemente 1 : Possibility of positioning the mirrored, foldable elements

2: Schnittdarstellung der Sammelvorrichtung bei Nacht 2 : Sectional view of the collecting device at night

3: Schnittdarstellung der Sammelvorrichtung bei Tag 3 : Sectional view of the collecting device during the day

4: Detaildarstellung der Sammelvorrichtung bei Tag 4 : Detail representation of the collecting device during the day

5: Detaildarstellung Kondensationselement 5 : Detail representation of the condensation element

6: Detaildarstellung Anordnung der Kondensationselemente bei Nacht 6 : Detailed view Arrangement of the condensation elements at night

7: Detaildarstellung Anordnung der Kondensationselemente bei Tag 7 : Detail display of the arrangement of the condensation elements during the day

8: Detaildarstellung Anordnung der Kondensationselemente bei Nacht 8th : Detailed view Arrangement of the condensation elements at night

9: Schnittdarstellung der Kondensationselemente bei Tag 9 : Sectional view of the condensation elements during the day

10: Vergrößerter Ausschnitt der 9 10 : Enlarged section of the 9

11: Längsschnitt durch die Kondensationselemente 11 : Longitudinal section through the condensation elements

12: schematischer Darstellung zweier Stellglieder 12 : schematic representation of two actuators

13: Schematische Darstellung einer autarken Wassergewinnungsanlage mit einer Kombination aus Strahlungskühler und Nachtluftkühler 13 : Schematic representation of a self-sufficient water extraction system with a combination of radiation cooler and night air cooler

14: schematischer Darstellung des Stellglieds 14 : schematic representation of the actuator

15: Schematische Darstellung das Stellglied mit Nachtluft- und Strahlungskühler. 15 : Schematic representation of the actuator with night air and radiation coolers.

In 1 sind die spiegelnden Elemente rot, der Kondensator blau und das tragende Element braun und schwarz dargestellt. In der rechten Darstellung der 1 ist das spiegelnde Element bei Tage nach oben geklappt.In 1 the reflecting elements are shown in red, the capacitor in blue and the supporting element in brown and black. In the right representation of the 1 the reflective element is folded up during the day.

In 2 ist in einer Schnittdarstellung die Vorrichtung zur Wassergewinnung in der Nacht dargestellt. Die rechte Seite ist hierbei in der bekannten Version *1 , mit viel Isoliermaterial, und im Vergleich die linke Seite mit einer erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt.In 2 the device for water extraction at night is shown in a sectional view. The right side is shown in the known version * 1, with a lot of insulating material, and in comparison the left side with an embodiment according to the invention.

In 3 ist ein Ausschnitt der Vorrichtung zur Wassergewinnung in einer Schnittdarstellung am Tage dargestellt. Die rechte Seite ist hierbei in der bekannten Version*1, mit viel Isoliermaterial, und im Vergleich die linke Seite mit einer erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Das mit a gekennzeichnete Element ist der eingekappte Spiegel und das mit b gekennzeichnete eine bewegliche Lasche des Gegenstromwärmetauschers.In 3 a section of the device for water extraction is shown in a sectional view during the day. The right side is shown in the known version * 1, with a lot of insulating material, and in comparison the left side with an embodiment according to the invention. The element marked with a is the capped mirror and the element marked with b is a movable tab of the countercurrent heat exchanger.

In 4 ist ein Ausschnitt der Vorrichtung zur Wassergewinnung in einer Schnittdarstellung um 90° gedreht dargestellt. Die obere Seite ist hierbei in der bekannten Version*1 , mit viel Isoliermaterial, und im Vergleich die untere Seite mit einer erfindungsgemäßen Ausführung dargestellt. Die Luftführung am Tage ist in der unteren Seite der Vorrichtung am Tage mit kleinen Pfeilen gekennzeichnet. Dabei tritt am Ende des eingeklappten Spiegels a die Luft zwischen Lasche und Spiegel ein und fließt um die Lasche¹ an der mit b gekennzeichneten Stelle herum. Zwischen Lasche und Kondensator vorbei zur Drossel c. Von dort gelangt die Luft in die Lasche d und erwärmt sich, an der zugeführten Luft durch die wärmeleitende Membran in der Lasche. Aus der Lasche tritt die Luft in den sonnenerwärmten Schornstein ein.In 4 is a section of the device for water extraction shown in a sectional view rotated by 90 °. The upper side is shown in the known version * 1, with a lot of insulating material, and in comparison the lower side with an embodiment according to the invention. The air flow during the day is marked with small arrows in the lower side of the device during the day. At the end of the folded-in mirror a, the air enters between the tab and the mirror and flows around the tab ¹ at the point marked b. Between the tab and the capacitor over to the choke c. From there, the air enters the flap d and heats up on the air supplied through the heat-conducting membrane in the flap. The air enters from the flap into the sun-warmed chimney.

In 5 Bisher wurden die Absorber (Körper) nur senkrecht stehend dargestellt, dieses ist für die Funktion der Vorrichtung nicht unbedingt notwendig. Wenn die Vorrichtung nicht in einem windgeschützten Bereich aufgestellt ist auch nicht ratsam. Genauso gut kann der abstrahlende Körper, wie hier dargestellt, leicht geneigt aufgestellt werden. Die Statik wäre wesentlich stabiler und die Stärke des Körpers kann durch unterschiedlich starke Befüllung variiert werden. So wäre die gleiche Vorrichtung für unterschiedliche Klimazonen geeignet. Eine Neigung von 1° Grad würde schon ausreichen um ein Abfließen des Kondensates zu ermöglichen.In 5 So far, the absorbers (bodies) have only been shown standing upright, this is not absolutely necessary for the function of the device. If the device is not set up in a wind-protected area, it is also not advisable. The radiating body can just as easily be tilted, as shown here. The statics would be much more stable and the strength of the body can be varied by filling differently. The same device would be suitable for different climatic zones. An inclination of 1 ° would be sufficient to allow the condensate to drain off.

6 zeigt die Vorrichtung mit zwei liegenden angeordneten Körpern in der Nacht in der Schnittdarstellung. Die mit einem Teil des Wärmetauschers versehene Lasche ist von der Innen und Außenseite verspiegelt. Damit wird in der Nacht erreicht, dass die vom Körper ausgehende Strahlung möglichst direkt in den nachtkalten Himmel abstrahlt. 6 shows the device with two lying arranged bodies at night in the sectional view. The flap with part of the heat exchanger is mirrored on the inside and outside. This ensures that the radiation emitted by the body radiates as directly as possible into the night-cold sky.

7 zeigt die Vorrichtung mit zwei liegend angeordneten Körpern am Tage in der Schnittdarstellung. Die Vorrichtung ist hier in Ost-Westrichtung (Papierebene) aufgestellt. Die verspiegelte Außenseite der Lasche reflektiert nun einen Grossteil des Sonnenlichtes auf dem Schornstein und erwärmt diesen zusätzlich, ebenso wird die darunter befindliche wärmetauschende Lasche zusätzlich geschützt. 7 shows the device with two bodies arranged lying on the day in the sectional view. The device is set up here in the east-west direction (paper level). The mirrored outside of the flap now reflects a large part of the sunlight on the chimney and additionally heats it, and the heat-exchanging flap underneath is also protected.

8 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung mit zwei liegend angeordneten Körpern am Tage in der Schnittdarstellung. Der Ausschnitt ist zwischen den beiden Körpern gewählt und zeigt den Kontrollgang im Schornstein. Bei schlechtem Wetter, z.B. Sturm oder in der Nacht, kann der Schornstein aus Textilmembran wie ein Segel zusammengezogen werden. Dies hat in der Nacht den Vorteil dass die Körper besser wärme abstrahlen können und bei starken Winden die Konstruktion geschützt wird. An den Stirnseiten der Vorrichtung ist der Schornstein z.B. durch überlappende Textmembranen mit Klettverschuß verschließbar. 8th shows a section of the device with two lying bodies arranged during the day in the sectional view. The cutout is chosen between the two bodies and shows the inspection passage in the chimney. In bad weather, e.g. storm or at night, the chimney made of textile membrane can be pulled together like a sail. This has the advantage at night that the body can radiate heat better and the construction is protected in strong winds. At the front of the device, the chimney can be closed, for example by overlapping text membranes with Velcro.

In 9 ist die Vorrichtung in der Breite zusammengestaucht schematisch dargestellt. Die Aussenluft gelangt durch eine Lufteintrittsöffnung a am unterem Ende der Lasche in den Wärmetauscher. Die Lasche ist an der Außen und Innenseite b verspiegelt. Die erste und dritte Folie (von außen gesehen) ist wärmeisolierend, die zweite und vierte wärmeleitend. Die Luft gelangt zwischen erster und zweiter Folie zum Körper d. Das dort anfallende Kondenswasser läuft auf den Körper nach links zum Klettverschluss e, sickert durch diesen und gelangt direkt unter den Körper. Die Luft muß den Körper erst umrunden und gelangt dann durch die Drosselklappe f in den Gegenstrom und von dort in den Schornstein. Das Wasser läuft senkrecht zur Zeichnungsebene aus der Vorrichtung heraus. Die Isolierfolie kann zu Kontrolle und Reinigungszwecken vom Körper d durch Klettverschlüsse e geöffnet werden.In 9 the device is shown schematically compressed in width. The outside air enters the heat exchanger through an air inlet opening a at the lower end of the tab. The flap is mirrored on the outside and inside b. The first and third foils (seen from the outside) are heat-insulating, the second and fourth heat-conducting. The air reaches the body between the first and second foils d. The condensation water there runs onto the body to the left to the Velcro fastener, seeps through it and gets directly under the body. The air must first circumnavigate the body and then passes through the throttle valve f into the counterflow and from there into the chimney. The water runs out of the device perpendicular to the plane of the drawing. The insulating film can be opened from the body d by means of Velcro fasteners e for control and cleaning purposes.

In 10 ist ein Ausschnitt von 9 vergrößert dargestellt.In 10 is a section of 9 shown enlarged.

11 zeigt die schematische Darstellung in 9 (links) zusätzlich im Längsschnitt (rechts). Die einzelnen Folien könnten durch starre, z.B. vor Ort aufgeschäumte oder aufblasbare Stege gestützt werden. Im Bereich des Wasserablaufs (unter dem Körper) würden diese Stege dann eine Öffnung besitzen. Die Drosselklappen sind an den Seitenwänden der Stege nicht befestigt. 11 shows the schematic representation in 9 (left) additionally in longitudinal section (right). The individual foils could be supported by rigid webs, for example foamed on site or inflatable. These webs would then have an opening in the area of the water drain (under the body). The throttle valves are not attached to the side walls of the webs.

12 zeigt in schematischer Darstellung zwei Stellglieder mit jeweils zwei Bimetalllamellen g in dessen Aussparungen zwei Ringe h eingelassen sind. Der hier nicht dargestellte Schlauch wird durch die Ringe h durchgeführt und liegt an den Bimetallstreifen an. In der linken Darstellung des Stellglied übersteigt die Flüssigkeit innerhalb des Schlauches die Solltemperatur und der Schlauch wird von den durchgebogen Bimetalllamellen g verschlossen. In den Bimetalllamellen g sind mehrere Aussparungen eingelassen so das durch Verkleinerung des Abstandes zwischen den Ringen h eine höhere Solltemperatur und durch Vergrößerung des Abstandes eine niedrigere Solltemperatur eingestellt werden kann. 12 shows a schematic representation of two actuators, each with two bimetallic strips g in the recesses two rings h are embedded. The hose, not shown here, is passed through the rings h and lies against the bimetallic strip. In the left representation of the actuator, the liquid inside the hose exceeds the target temperature and the hose is closed by the bent bimetal lamellae g. In the bimetallic lamellae g there are several recesses so that a higher target temperature can be set by reducing the distance between the rings h and a lower target temperature by increasing the distance.

13 zeigt in schematischer Darstellung eine Seite einer autarken Wassergewinnungsanlage mit einer Kombination aus Strahlungskühler und Nachtluftkühler m. Die Größe und Wärmekapazität des Körpers richtet sich nach der aus dem Kühler zu gewinnenden Kältemenge. In der Nacht öffnet durch die kalte Nachtluft das zweite Stellglied p den Luftkanal zwischen dem Kühler m und Schornstein und verschließt den Strömungskanal um den Körper. Unterschreitet die Umgebungsluft eine Solltemperatur um das Stellglied n (in 12 dargestellt) öffnen sich die Bimetalllamellen des Stellgliedes und werden durch den entstanden Durchfluss kalten Wärmeträgers offen gehalten. Unterschreitet der Rückfluss aus dem Kühler eine vorgegebene Solltemperatur verengt das Stellglied r (in 16 dargestellt) bis auf eine geringe Luftströmung den Luftkanal Kühler/Schornstein. Die bei dem Stellglied r eingestellte Solltemperatur liegt tiefer als die der Nachtluft und wird nur durch die starke strahlungsbedingte Auskühlung erreicht. 13 shows a side view of a self-sufficient water production plant with a combination of radiation cooler and night air cooler m. The size and heat capacity of the body depends on the amount of cold to be extracted from the cooler. At night, the second actuator p opens the air duct between the cooler m and the chimney through the cold night air and closes the flow duct around the body. If the ambient air falls below a set temperature around the actuator n (in 12 shown), the bimetallic fins of the actuator open and are kept open by the flow of cold heat transfer medium. If the return flow from the cooler falls below a predetermined target temperature, the actuator r (in 16 the air duct cooler / chimney except for a small air flow. The set temperature set for actuator r is lower than that of the night air and is only achieved by the strong radiation-related cooling.

Erwärmt sich am Tage die Umgebungsluft wird durch das zweite Stellglied der Luftkanal um den Körper geöffnet und der Luftkanal Kühler/Schornstein bis auf eine geringe Luftströmung geschlossen. Spätestens nach Sonneneinstrahlung auf den Strahlungskühler erwärmt sich die Kühlflüssigkeit im bereich des Stellgliedes n soweit, dass die Bimetalllamellen den Durchfluss stoppen und das Stellglied r geöffnet wird. Die Umgebungsluft gelangt durch die Öffnung k in den Gegenstromwärmetauscher um den Körper. Die Durchflussmenge wird abhängig einer Solltemperatur mit dem bekannten Stellglied geregelt und gelangt aus dem Gegenstromwärmetauscher in den Schornstein j. Der Schornstein kann auch statt Stoff oder Folie in solch einer Anlage aus Stein oder Lehm erstellt werden. Dadurch besitzt dieser eine größere Wärmekapazität und würde in der Nacht die durchfließende Luft erwärmen und die Sogwirkung erhöhen.Warms up during the day the ambient air becomes the air duct through the second actuator around the body open and the air duct cooler / chimney except for a little air flow closed. At the latest after Sunlight on the radiation cooler warms up the coolant in the area of the actuator n so far that the bimetal lamellae stop the flow and the actuator r is opened. The ambient air passes through the opening k in the counterflow heat exchanger around the body. The flow rate becomes dependent a target temperature regulated and reached with the known actuator from the counterflow heat exchanger in the chimney j. The chimney can also be used instead of fabric or Foil can be created in such a system from stone or clay. This has a greater heat capacity and would in the Night the flowing Warm air and increase the suction effect.

14 zeigt in schematischer Darstellung das Stellglied 2 aus 13. Steigt die Lufttemperatur die vom Schornstein angesaugt durch den Strahlungskühler fliest an, so wölbt sich die schwarz gezeichnete Bimetalllamelle. Durch das wölben der Bimetalllamelle wird der Strömungskanal um den ausgekühlten Körper geöffnet und der Strömungskanal vom Strahlungskühler zum Schornstein in Querschnitt stark reduziert aber nicht völlig verschlossen. Dies ist notwendig um nach abkühlen der Außenluft bei Nacht die Bimetalllamelle durch die zugeführte Lufttemperatur zurückzubiegen. 14 shows the actuator in a schematic representation 2 out 13 , If the air temperature that is sucked in by the chimney and flows through the radiation cooler rises, the bimetallic strip drawn in black bulges. By arching the bimetallic lamella, the flow channel around the cooled body is opened and the flow channel from the radiation cooler to the chimney is greatly reduced in cross section, but not completely closed. This is necessary in order to bend the bimetallic lamella back through the supplied air temperature after the outside air has cooled down at night.

15 zeigt in schematischer Darstellung das Stellglied r aus 13 im dem Nachtluft Strahlungskühler. In der unteren Darstellung ist die Temperatur des Kühlmittels in den Rücklauf w noch zu warm und die Bimetalllamelle t durch die Isolierfolie u geschützt vor der Nachtluft noch nicht ausreichen verbogen. So kann noch kühle Nachtluft zwischen der Strahlungsfolie s (optimal transparent im Bereich zwischen 8 und 15 μm) und den Vor- und Rücklauf w fließen. Die Kühlleitungen sind durch die Isolierung v gegenüber den Boden isoliert. In der oberen Darstellung unterschreitet das Kühlmittel (z.B.Salzwasser) im Rücklauf w die Solltemperatur und die Bimetalllamelle t schließt den Luftkanal weitgehend. 15 shows the actuator r in a schematic representation 13 in the night air radiation cooler. In the lower illustration, the temperature of the coolant in the return w is still too warm and the bimetallic fin t is not sufficiently bent by the insulating film u to protect it from the night air. So cool night air can still flow between the radiation foil s (optimally transparent in the range between 8 and 15 μm) and the flow and return flow w. The cooling lines are isolated from the floor by the insulation v. In the upper illustration, the coolant (e.g. salt water) in the return w falls below the target temperature and the bimetal fin t largely closes the air duct.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt.The Invention is not limited to the embodiments shown in the figures limited.

aa: verspiegelte Flächemirrored area
bb: klapp- und faltbares Elementfolding and foldable element
cc: Drosselthrottle
dd: klappbare Flächefoldable area
ee: Klettverschlussvelcro fastener
ff: Drosselklappethrottle
gG: BimetalllamellenBimetalllamellen
hH: Ringerings
jj: vertikaler Strömungskanal (Schornstein)vertical flow channel (Chimney)
kk: Öffnung zum GegenstromwärmetauscherOpening to Counterflow heat exchanger
mm: Kühlercooler
nn: Stellgliedactuator
pp: Stellgliedactuator
rr: Stellgliedactuator
ss: Strahlungsfolieradiation film
tt: Bimetallebimetals
uu: Isolierfolieinsulation
vv: Isolierunginsulation
ww: Rücklaufreturns

Claims

Device and method for condensing a liquid (F) out of a gas (G) by radiation exchange, in which the gas (G) loaded with the liquid (F) in vapor form is sucked in through a preferably vertical flow channel, which is at an elevated temperature compared to the ambient temperature is and is carried over condensation elements which have a lower temperature than the temperature of the loaded gas (G), characterized in that the gas (G) loaded with the liquid (F) through a preferably foldable flow channel which forms the inner part of a countercurrent heat exchanger and completely or partially encloses at least one condensation element.

Device according to claim 1, characterized in that the condensation elements with a foldable, the inner Part of a counterflow heat exchanger inclusive, mirrored surface on both sides accomplished are

Device according to claim 1, characterized in that at least one bimetal actuator controls the flow of a Heat transfer medium and / or regulated by the condensation elements.

Device according to claim 1, characterized in that the bimetal actuator consists of two axially parallel to each other two rings are inserted in the recesses of the bimetallic strips are.

Device according to claim 1, characterized in that when unfolded the mirrored outside the area Radiation reflects on the preferably vertical flow channel.

Device and method according to claim 1, characterized characterized in that the surface enclosing the counterflow heat exchanger Plastic, metal, wood, glass, ceramic or fabric.

Process for condensing a liquid (F) out of a gas (G) by radiation exchange, in which the gas (G) loaded with the liquid (F) in vapor form is sucked in through a preferably vertical flow channel, which is at an elevated temperature compared to the ambient temperature, and Condensation elements which are at a lower temperature than the temperature of the loaded gas (G) are characterized in that I) on day a) the condensation elements with a preferably foldable surface that includes the inner part of a counterflow heat exchanger and is mirrored on both sides, in the folded state b) with the liquid (F) vapor-laden gas (G) via a preferably vertical flow channel is sucked in c) with the liquid (F) vapor-laden gas (G) through a flow channel which forms or encloses the inner part of a countercurrent heat exchanger d) with the liquid (F) vapor-laden gas (G) is condensed in a temperature-controlled manner via condensation elements e ) the condensation elements are heated up by the condensation II) in the evening a) the supply of the gas (G) loaded with the liquid (F) to the condensation elements is interrupted b) the condensation elements with a preferably foldable, including the inner part of a counterflow heat exchanger, on both sides mirrored surface is in the unfolded state and radiates heat energy against the cold night sky c) the condensation elements cool down by this radiation

A method according to claim 7, characterized in that in the evening the condensation elements additionally with an external night air cooler and or radiation cooler chilled become.

A method according to claim 7, characterized in that in the evening the condensation elements additionally or alternatively via a external radiation cooler chilled become.

Method according to one of the preceding claims characterized that in the evening a temperature-controlled actuator interrupts the flow of gas (G) around the condensing elements and during the day the flow of the gas (G) around the condensation elements releases.

A method according to claim 7, characterized in that in the evening the condensation elements additionally or alternatively via a external radiation cooler and an external night air cooler be cooled.

Method according to one of the preceding claims characterized in that a temperature-controlled actuator during the day the flow of a heat transfer medium interrupts the condensation elements and in the evening the flow of a heat transfer medium releases the condensation elements.

A method according to claim 7, characterized in that during the day the gas (G) loaded with the liquid (F) enters the air between the foldable surface and mirror at the end of the folded mirror a and around the foldable surface ² at the point marked with b around, between the foldable surface and the condenser to the choke c.

A method according to claim 7, characterized in that the gas (G) is directed from the throttle into the foldable surface d during the day is and adhere to the through the thermally conductive Membrane supplied Air in the foldable area heated and from the foldable surface in the sun-warmed vertical flow channel entry.