DE2535668A1

DE2535668A1 - Geraet zur wassergewinnung aus der atmosphaere

Info

Publication number: DE2535668A1
Application number: DE19752535668
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Mehnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-09
Filing date: 1975-08-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2535668C3; FR2321016B1; GB1516253A; CH618784A5; JPS5653401B2; US4050262A; FR2321016A1; DE2535668B2; NL7608580A; JPS5221271A

Description

Gerät zur Wassergewinnung aus der -A'Lmoaph&rc

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Wassergewinnung aus der Atmosphäre unter Verwendung einer Wärmepumpe.

Wassergewinnungsanlagen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Vorwiegend beziehen sich diese Anlagen auf die Gewinnung von Süßwasser aus dem Meer, wobei die verwendeten Verfahren vorzugsweise auf dem Prinzip der Entspannungsverdampfung beruhen.

So sind aus den Deutschen Offenlegungsschriften 1717080 und 1717081 Verfahren zum Erzeugen von Frischwasser aus wässrigen Lösungen durch Entspannungsverdampfung bekanntgeworden, die sich eines sogenannten Mehrfach-Entspannungsverdampfers bedienen, wobei dieser so ausgebildet ist, daß eine Reihe von Entspannungsstufen mit aufeinanderfolgend niedrigeren Temperaturen und Brücken angeordnet sind. Die heiße Lösung wird dabei auf der Verdampferseite von Stufe zu Stufe durch Entspannungsverdampfung sukzessive gekühlt und an die Kondensationsseite weitergelietet, wobei ein Wärmeaustausch erfolgt.

Ein weiteres Verfahren ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2236519 bekanntgeworden. Hier wird das in den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmte Rohwasser entnommen und einem Durchlaufverdampfer zugeführt, teilweise verdampft und der Dampf mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um dem Durchlaufverdampfer als Heizmedium zu dienen. Dort wird die Wärme abgegeben und als Destillat dem Entspannungsverdampfer zugeleitet.

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Alle vorgenannten Verfahren arbeiten zwar nach dem Prinzip der Entspannungsverdampfung, bedürfen hier jedoch zur Wassergewinnung wäßriger Lösungen. Dadurch können solche Anordnungen nur stationär ausgeführt werden, denn der konstruktive technische Aufwand und das Anlagengesamtgewicht sind sehr hoch.

Durch die Deutsche Offenlegungsschrift 2 112 362 ist eine Anordnung von mehreren hintereinandergeschalteten Wärmepumpenkreisläufen bekanntgeworden, bei der vorhandene Umweltwärme stufenförmig auf höhere Temperatur gebracht wird, wobei jede nachgeschaltete Wärmepumpenstufe als Ausgangsbasis die warme Seite der nächsttieferen Wärmepumpenstufe hat. Diese Anordnung verwendet zwar für die Kopplung der einzelnen Wärmepumpen u. a. auch Luft, jedoch nicht, um aus ihr Wasser zu gewinnen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tragbares oder mobiles Gerät zu schaffen, mit dem aus der Atmosphäre Wasser gewonnen werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der mittels motorischer Kraft oder von Hand betriebenen Wärmepumpe entweder ein Kammernsystem an der Seite des Wärmeentzuges oder zwei Kammernsysteme, das eine an der Seite des Wärmeentzuges und das andere an der Seite der Wärmeabgabe, zugeordnet sind und sowohl mit Vereisung als auch mit Kondensation arbeitet, wobei sich die Kammernsysteme generell auf der Niederdruckseite befinden und mit einem Sauglüfter oder Kompressor ausgestattet sind und die nach dem Vereisungseffekt arbeitende Wärmepumpe wechselseitig an dem entsprechenden Kammernsystem von Wärmeentzug auf Wärmeabgabe und umgekehrt mittels eines Mehrwegeventils oder eines externen Energielieferanten über eine Steuer- und Verarbeitungselektronik geschaltet wird.

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Durch diese Maßnahmen ist nun auf einfache Art und Weise ein Gerät geschaffen, das die Umgebungsluft einsaugt, die sich entspannt, abkühlt und ihre Feuchtigkeit an die durch die Wärmepumpe stark abgekühlte Oberfläche der Verdampferplatten abgibt. Je nach Eisdicke wird wechselweise von Verdampfer auf Verflüssigerund umgekehrt geschaltet und das abtropfende oder abgepumpte Wasser in einer Wanne etc. aufgefangen. Dabei ist zu beachten, daß beim Abtauvorgang oder bei der Entnahme des Kondensats in die entsprechende Kammer keine Frischluft zugeführt wird bis der Vorgang abgeschlossen ist. Diese Ausführungsform läßt sich ohne besondere technische Maßnahmen tragbar gestalten, so daß für spezielle Missionen in Wüsten- oder Tropengegenden ausreichend Trinkwasser hergestellt werden kann. Dabei wird es in Dschungelgegenden, infolge des hohen Feuchtigkeitsgehaltes der Luft, eine ergiebigere Ausbeute beim selben Aufwand geben als in den trockenen Wüstengegenden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an den Verdampferplatten der Wärmepumpe eine Meßeinrichtung angeordnet ist, die bei einer bestimmten Eisdicke oder einer bestimmten Kondensatmenge das Mehrwegeventil über eine Elektronik anregt. Durch diese Maßnahmen kann jedes Kammernsystem gewissermaßen eine Dualfunktion übernehmen, was sich nicht nur auf die Ausbeute und den Wirkungsgrad der Anlage auswirkt, sondern eine Kontinuität des Arbeitsvorganges gewährleistet.

Der Motor für den Kompressor kann nun einer der bekannten Kleinstverbrennungsmotore sein, deren Gewicht kaum 400 g übersteigt. Die für den Kompressor aufzubringende Leistung wird in jedem Fall erbracht. Selbstverständlich ist es möglich, als Motor einen Elektromotor mit Batterie oder noch besser weil dadurch das Gewicht beträchtlich reduziert werden kann mit einer Brennstoffzelle zu verwenden. Für Notfälle ist dem

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Gerät eine Handkurbel beigegeben und eine Filtereinrichtung, die dem gewonnenen Wasser darin enthaltene Schadstoffe entzieht.

Außerdem ist vorgesehen, dem Gerät eine Dotiervorrichtung für Mineralien etc. beizugeben, denn da es sich um ein Destillat handelt, enthält dieses nicht mehr die für den menschlichen Körper erforderlichen Mineralien und Vitalstoffe.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel beschrieben und gezeichnet. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schemabild des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform

Das in der Zeichnung angegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einer Wärmepumpe 10 mit Zusatzaggregaten. Zwei Kammern anstelle von zwei Kammernsystemen 11,12, die mit Drosseleinrichtungen 17, 18 als sogenannte Entspanner ausgebildet und über Schalter - die beispielsweise normale Klappen sein können - in der Drosseleinrichtung 17 bzw. 18 mit einem Lüfter 13 verbunden sind. Um nun jede der Kammern wechselweise als Kondensator- und Erhitzerraum verwenden zu können, ist ein Mehrwegeventil 14 in den Kompressorkreislauf 19 eingefügt, der seinerseits von einem Motor 20 angetrieben wird. In jeder der Kammern 11, 12 sind zur Wärmepumpe 10 hin eine oder mehrere Reaktionsplatten 22 zum Erhitzen und Kondensieren angeordnet, die zur Oberflächenvergrößerung mit Rippen und Mulden 23 versehen sind. Jede der Kammern 11, 12 weist im Bereich der Reaktionsplatten 22 einen Abtropfkanal 21 auf, der in eine Vorratswanne 15 führt. Dieser Wanne 15 sind nun eine Abfülleinrichtung 33 und zwei Absaug- und Vibrationseinrichtungen 16 zugeordnet, die ihrerseits über die Vorratswanne 15 mit einem Behälter 27 in Verbindung stehen, in dem sich Mineralien und Vitalstoffe 29 befinden, die dem durch ein Reinigungsfilter 28 gelaufenen Kondenswasser beigegeben

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werden. Diesem Behälter 27 kann auch eine nicht gezeichnete Dotiereinrichtung für. die Mineralien und Vitalstoffe zugeordnet sein, so daß der Behälter 27 praktisch nur das sogenannte Mengengefäß bildet, dem dann die für diese Menge genau dotierten Zusatzstoffe beigegeben werden.

Jeder der Reaktionsplatten 22 ist ein Meßfühler mit Geber 24 zugeordnet, der jeweils mit einer Elektronik 2 5 verbunden ist, die ihrerseits das Mehrwegev.entil 14 und die Klappen 17, 18 steuert. Ist auf einer dieser Platten 22a nun eine Eisschicht vor. bestimmter Stärke entstanden, so gibt der Fühler 24 der Elektronik 25 ein Signal, die einmal das Xehrwegevent.il 14 umschaltet, so daß die Verdampferseite. nunmehr zur Verflüssigerseite und umgekehrt wird, zum anderen die Klappe 17 schließt, um eine Wasseraufnahme durch die vorbeiströmende Luft zu verhindern. Es ist natürlich auch möglich, -daß die Fühler 24 auf die Kondensationsmenge ansprechen und bei einem gewissen Flüssigkeitsstand das Mehrv/egeventil 14 geschaltet wird.

Der Motor 20 für den Kompressor 19· und den Lüfter 13 kann nun ein kleiner Verbrennungsmotor mit einem Treibstofftank 32 sein. Zum Stand der Technik zählen schon so kleine Motoren, deren Gesamtgewicht bei ca. 400 g liegt, die aber trotzdem von 1,2 bis 1,8 PS liefern und pro Stunde nur etwa 200 g-Treibstoff verbrauchen. So ein Motor macht das Gerät weitgehend von Versorgungseinrichtungen unabhängig, denn auch das Mitführen einer für die Mission ausreichenden Menge Treibstoff bildet bei. dem relativ geringen Verbrauch kein Problem.. .-Selbstverständlich kann auch ein kleiner Elektromotor mit zugehöriger Batterie oder mit Brennstoffzelle verwendet werden. In diesen Fällen würde jedoch für längere Einsatzzeiten eine Ladeeinrichtung für die Batterie erforderlich sein.

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Für Fälle, wo der Motor ausfällt, ist dem Gerät eine Handkurbel 26 zugeordnet, mit der der Kompressor 19 betrieben werden kann. Das vorbeschriebene Gerät laßt sich nun so klein halten, daß es als sogenanntes Tornistergerät zur Verwendung kommt. Für Missionen in Wüsten- und Dsehungelgegenden ist somit eine 'leicht mitführbare Wassergewinnungsanlage gegeben, die das Kondensat aus^:der Luft gewinnt.

Die Wassergewinnung geschieht im Prinzip folgendermaßen: Durch die LufteiniaßÖffnungen 30, 31 wird die Außenluft über Drosseleinrichtungen 17, 18 angesaugt und in den Niederdruckkammern -11, 12 generell entspannt und abgekühlt. In einer zweiten Ausführungsform wird die Außenl'uft mittels. eines Kompressors verdichtet und über Drosseleinrichtungen 17, 18 in der entsprechenden Kammer, z. B. unter Ausnutzung des Joule-Thomson-Effektes,'entspannt und stark abgekühlt. Die Kammer 11, an der die Wärmepumpe 10 als Verdampfer arbeitet, kühlt nun die entspannte/ Außenluft so weit ab, daß die Feuchtigkeit entweder in Form von Tropfen oder Eis ausfällt. Die Kammer 12 dient derweil als Erhitzer und wird durch die entspannte Außenluft abgekühlt.

Entsprechend der gewählten Wassermenge oder Eisdicke, die ein Meßfühler 24 feststellt, wj.rd anschließend die Wärmepumpe 10 über das Mehrwegeventil 14 mittels der Elektronik 25 umgeschaltet. Gleichzeitig wird' die" Kammer 11 von der Außenluft durch die Klappe 17 getrennt. Im Falle der Eisbildung - die Wärmepumpe 10 arbeitet'-jetzt an der Kammer 11 als Kompressor --wird das Eis abgetaut und ^:über die Absaugeinrichtung und/oder Vibrationseinrichtung 16a 'der Wässerwanne 15 zugeführt. In der Kammer 12 wird gleichzeitig neues Wasser oder Eis durch Abkühlung an der Verdampferwand 22b'gewonnen. Ist der Abtau- und Absaugvorgang abgeschlossen, wird die Klappe 17 geöffnet und die eintretende Außenluft kühlt nunmehr die Verflüssigerwand ab,bis das Umschaltsignal z. B. durch die gewählte Eisdicke in der Kammer 12 gegeben wird. Dieser Ablauf v/iederholt sich fortwährend und zyklisch.

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Claims

Patentansprüche

1. Gerät zur Wassergewinnung aus der Atmosphäre unter Verwendung einer Wärmepumpe dadurch gekennzeichnet, daß die mittels motorischer Kraft oder von Hand betriebene Wärmepumpe (10) entweder ein Kammernsystem (11) an der Seite des Wärmeentzuges oder zwei Kammernsysteme (11,12), das eine an der Seite des Wärmeentzuges (11) und das andere an der Seite der Wärmeabgabe (12), aufweist und sowohl mit Vereisung als auch mit Kondensation arbeitet, wobei sich die Kammernsysterne (11,12) generell auf der Niederdruckseite befinden und mit einem Sauglüfter (13) oder Kompressor ausgestattet sind und die nach dem Vereisungseffekt arbeitende Wärmepumpe (10) wechselseitig an dem entsprechenden Kammernsystem (11,12) von Wärmeentzug auf Wärmeabgabe und umgekehrt mittels eines Mehrwegeventils (14) oder eines externen Energielieferanten über eine Steuer- und Verarbeitungselektronik (25) geschaltet wird.

2. Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß den Kaoimern (11,12) eine Tropfwanne (15) mit Abfüll- und Absaug- und/oder Vibrationseinrichtung (16) zugeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (24) an den jeweiligen Verdampferplatten (22) der Wärmepumpe (10) angeordnet ist, die bei einer bestimmten Eisdicke oder Flüssigkeitsmenge über eine Steuer- und Verarbeitungselektronik (25) das Mehrwegeventil (14) betätigt, so daß die Verdampferseite zur Verflüssigers«ite wird und umgekehrt.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Reaktionsplatten (22) durch Rippen und/oder Mulden (23) vergrößert sind.

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5. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) für den Kompressor (19) ein Verbrennungsmotor mit zugeordnetem Treibstofftank (32) ist.

6. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) für den Kompressor (19) ein Elektromotor mit zugeordneter Batterie oder Brennstoffzelle ist.

7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß für den Notbetrieb eine Handkurbel (26) verwendbar ist.

8. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (27) mit einem Gemisch von lebensnotwendigen Mineralien und Vitalstoffen (29) und/oder einer Dotiervorrichtung zur Beigabe an das gewonnene Wasser angeordnet ist.

9. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mineralienbeigabe das gewonnene Wasser durch eine Filtereinrichtung (28) geführt wird.

10. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät als Tornistergerät ausgebildet ist.

11. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenluftkanäle (30,31) mittels Klappen (17,18) und/oder Düsen oder Ventilen zur Erzielung eines Entspannungseffekts in den Kammern (11,12) gesteuert und/oder geregelt werden.

12. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen und/oder Düsen oder Ventile (17,18) und das Mehrwegeventil (14) von einer Steuer- und Verarbeitungselektronik (25), die ihr Signal von einer Meßeinrichtung (24) zur Feststellung der Eisdicke oder Kondensationsmenge erhält, gesteuert und/oder geregelt werden.

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