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WO2006045261A1 - Wärmetauscher zur wassergewinnung - Google Patents

Wärmetauscher zur wassergewinnung Download PDF

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Publication number
WO2006045261A1
WO2006045261A1 PCT/DE2004/002406 DE2004002406W WO2006045261A1 WO 2006045261 A1 WO2006045261 A1 WO 2006045261A1 DE 2004002406 W DE2004002406 W DE 2004002406W WO 2006045261 A1 WO2006045261 A1 WO 2006045261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
heat exchanger
evaporator coils
gaseous medium
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2004/002406
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiner Pollert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Patentpool Innovations Management GmbH
Original Assignee
Patentpool Innovations Management GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patentpool Innovations Management GmbH filed Critical Patentpool Innovations Management GmbH
Priority to PCT/DE2004/002406 priority Critical patent/WO2006045261A1/de
Priority to DE112004003037T priority patent/DE112004003037A5/de
Publication of WO2006045261A1 publication Critical patent/WO2006045261A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Definitions

  • Water is a building material in photosynthesis of plants and part of organisms
  • water is solvent, means of transport and swelling agent. It allows the numerous chemical and colloid chemical cell reactions.
  • Water is not just a hydrophilic reaction space, plastic - elastic filler, heat storage and cold storage. It is also a compound with memory properties and has interesting interactions with electromagnetic waves and sound waves.
  • the total water volume of the earth is estimated at about 1383 million cubic kilometers. These are mainly salt water. Only the vanishingly small remainder of 2.6% is accounted for by the fresh water. As fresh water while water is called less than 1 gram evaporation residue. If one subtracts from this amount the hard-to-reach polar ice, glacial ice and the very low groundwater, it follows that for humans, animals and plants, only about 8% of the available fresh water can be used directly.
  • Decisive regulative for the preservation of the fresh water stock is the water cycle of the nature. This consists of the processes of water evaporation, precipitation, runoff and subsequent re-evaporation. From the balance of the global water cycle of the earth, it is clear that in the same time periods a larger amount of water evaporates on the oceans than is precipitated by precipitation. On the land areas, however, the situation is reversed.
  • the uneven distribution of rainfall on earth is one of the largest
  • One method consists in principle of allowing the water contained in the air to condense on a horizontally stretched film and lowered at one point, and to allow it to drop into a container placed underneath. In this way, however, only very small amounts of water can be obtained.
  • the basic principle used here is to allow the available air to pass past a cool surface, thereby cooling it and thereby forcing it to release parts of the water bound in the air. Because air at a certain temperature can only store a certain amount of water as humidity. When this amount is reached, the air is saturated with water vapor. If the air is subsequently cooled, it can only store a smaller amount of water vapor. Excess water in this way can no longer be held by the air and precipitates, it condenses. This happens in that the excess water vapor precipitates on cooler surfaces, compacts into droplets, and follows the force of gravity.
  • this working principle is used by ensuring on the one hand that as much air as possible passes by on a surface which is cooler than the instantaneous air temperature, and that the corresponding surface is made as large as possible.
  • Such a device with which heat or cold is transferred from one medium to another, is called a heat exchanger.
  • This is essentially a heat exchanger with a longitudinally flowed through by a gaseous medium housing with a plurality of arranged in the housing longitudinal direction and flowed through by a coolant heat exchanger tubes.
  • the heat exchanger tubes are designed as helical pipe strands and the pipe strands are coolant inlet side and coolant outlet connected to coolant manifold with coolant inlet and coolant outlet.
  • the installation position is particularly important in the heat exchanger according to the invention.
  • Another important aspect of the heat exchanger according to the invention is that the flow direction of the coolant opposite to the flow direction of the
  • Air flow is directed.
  • the coating of the heat exchanger tubes according to the so-called lotus effect additionally provides a higher water yield.
  • Fig.1 the side of the coolant inlet Fig.2 the side of the coolant outlet Fig.3 a longitudinal section
  • Fig. 1 is in a plan view of the heat exchanger according to the invention, the side of the air outlet with the (1) designated distributor ring for the coolant inlet to recognize.
  • the water outlet (19), which can be seen from Figure 3, is omitted.
  • the coolant enters in this case from the opposite side shown in Fig. 2, and is connected via a pipe which extends in the central axis of the heat exchanger, and via a subsequent radially extending supply pipe, as shown in Figure 1, in the
  • Coolant distributor ring (1) passed.
  • the plan view shows the lower coolant inlet nozzles (2) in the lower one
  • the middle coolant inlet nozzles (4) can be seen analogously in the middle of the picture.
  • the lower nozzles (2) have a larger cross-section than the upper nozzles (3), since the risk of icing in the lower evaporation region is greater than in the upper region of the heat exchanger.
  • the middle nozzles (4) have a central cross-section.
  • Cross-section of the heat exchanger according to the invention results in a uniform cooling of the air carried out.
  • the entire water production plant can be driven specifically at the border to icing.
  • Nirosta steel As materials for this come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum, Nirosta steel also come beside copper, aluminum
  • Fig. 2 shows a plan view of the heat exchanger according to the invention of the
  • Coolant outlet as the direction of the air inlet and the direction of the
  • Coolant flow are opposite. With (9) here the coolant outlet line is designated, which opens into a, the cross-section after extended, coolant outlet nozzle (10). At a right angle thereto, the coolant inlet line (8) can be seen, which, concealed in the representation, in the central axis of the heat exchanger to the other, shown in Figure 1 side, tapers.
  • coolant outlet connections are designated by way of example in FIG. They establish the connection of the evaporator coils (6) with the, in this area circular, coolant outlet line (9).
  • coolant outlet line 9
  • helical high-pressure cleaning line With (12) here the inlet nozzle of this line is marked, with (11) are some of the cleaning nozzles named. From these nozzles (11) is sprayed at certain time intervals under high pressure, a special cleaning liquid. Again, the evaporator coils (6), this time from the other side of the heat exchanger, can be seen again.
  • the air flow is caused by an air flow generator (20), which may be designed as a fan or as a compressor or as a turbine. When running as
  • Compressors are piston compressors or screw compressors in question.
  • the water separator (18) consists essentially of obliquely arranged
  • the inclination of these slats can, according to the speed of the
  • Air flow be designed changeable. According to the invention, all components which are flown by the working air have a coating which causes the lotus effect known from plants.
  • the lotus effect is named after the lotus flower, which is considered a symbol of purity in Asian religions. Their leaves unfold impeccably clean from the mud of the waters. This phenomenon of self-purification has been studied and provides amazing insights into the possibilities of nature to defend against the ubiquitous dirt, but also against microorganisms. Since the lotus effect is based solely on a physico-chemical basis, and is not bound to a living system, a self-cleaning surface can be manufactured technically. The materials for such new coatings are available. To date, however, the seemingly contradictory demand for a rough surface has been overlooked as the basis for a clean surface as a result of the lotus effect.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft mittels eines Wärmetauschers mit einem Gehäuse (5), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln (6) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln (6) in zur Längsachse des Gehäuses (5) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter Verdampferwendeln (6) ragen, und wobei das Kühlmittel in die Verdampferwendeln (6) über Kühlmitteleintrittsdüsen (2),(3),(4) geleitet wird, deren Querschnitt sich in der Richtung der Schwerkraft ändert, und wobei die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen ist, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt, und wobei eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den Querschnitt des Gehäuses (5) gleichmäßige Versprühung des Reinigungsmittels gewährleistet, und wobei an der Luftaustrittsseite des Gehäuses (5) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist.

Description

Wärmetauscher zur Wasserαewinnunα
Leben in der uns bekannten Form ist ohne Wasser auf unserem Planeten nicht denkbar.
Wasser begleitet als wichtigste chemische Verbindung die biologische Entwicklung von Anfang an. Es ist essentiell für die Reaktionen in hydrophilen Kompartimenten
(Flüssigkeitsräumen ) aller lebenden Systeme, des Menschen, der Tiere und der
Pflanzen.
Wasser kommen hierbei folgende Bedeutungsfelder zu:
1. Wasser ist Baustoff bei der Photosynthese der Pflanzen und Bestandteil der Organismen,
2. Wasser ist Lösungsmittel, z. B. für die Bodennährstoffe,
3 Wasser ist Nahrungsmittel,
4 Wasser ist für alle Organismen Lösungsmittel, Transportmittel und Quellungsmittel. Es ermöglicht die zahlreichen chemischen und kolloidchemischen Zellreaktionen.
Wasser ist nicht nur hydrophiler Reaktionsraum, plastisch - elastisches Füllmittel, Wärmespeicher und Kältespeicher. Es ist auch eine Verbindung mit Memory - Eigenschaften und besitzt interessante Wechselwirkungen mit elektromagnetischen Wellen und Schallwellen.
Lange bevor Prometheus den Menschen der Sage nach das Feuer brachte, kannte der Mensch das Wasser. Seit jeher ist er von Wasser umgeben und er weiß, dass er es für sein Leben braucht. Aber genauso lange weiß er, dass Wasserfluten sein Leben bedrohen können. Andererseits ist der Boden von Flusslandschaften deshalb sehr fruchtbar, weil er bei Überschwemmungen regelmäßig mit Mineralien angereichert wird.
Bis heute erfährt der Mensch Wasser als Wohltat, als Heilmittel ( Bäder, Trinkkuren ), aber auch a!s Katastrophe ( Überschwemmungen, Vereisungen, Schneestürme ). in der Kunst und Literatur aller Jahrhunderte ist Wasser in allen Formen dargestellt und behandelt, zum Beispiel als vernichtende Macht, als Lebensspender, als trennender Grenzfluss, oder als Transportmedium für Handelsschiffe und Kriegsschiffe. Wasser dient einerseits dem Broterwerb der Fischer, es ist andererseits eine Metapher der Romantik, wobei mit dem feinen Nebel des Regenbogens das Zeichen des Friedens geformt wird. So bedeutet es Untergang und strahlenden Neubeginn zugleich.
Die Gesamtheit aller Wasservorräte auf der Erde ist seit Jahrmillionen konstant. Wasser bedeckt ca. 71 % der Erdoberfläche und ist damit die häufigste chemische Verbindung. Zusätzlich enthält noch die Atmosphäre 4% Wasser in Form von Wasserdampf.
Das gesamte Wasservolumen der Erde wird auf ca. 1383 Millionen Kubikkilometer geschätzt. Dabei handelt es sich vorwiegend um Salzwasser. Nur der verschwindend kleine Rest von 2,6% entfällt auf das Süßwasser. Als Süßwasser wird dabei Wasser mit weniger als 1 Gramm Abdampfrückstand bezeichnet. Zieht man von dieser Menge das für den Menschen schwer erreichbare Polareis, Gletschereis und das sehr tief liegende Grundwasser ab, so ergibt sich, dass für Menschen, Tiere und Pflanzen nur ca. 8% des verfügbaren Süßwassers direkt nutzbar sind.
Entscheidendes Regulativ zur Erhaltung des Süßwasserbestandes ist der Wasserkreislauf der Natur. Dieser setzt sich zusammen aus den Vorgängen der Wasserverdunstung, dem Niederschlag, dem Abfluss und der folgenden Wiederverdunstung. Aus der Bilanz des globalen Wasserkreislaufes der Erde geht dabei hervor, dass auf den Meeren in gleich Zeiträumen eine größere Menge Wasser verdunstet als durch Niederschläge abgesetzt wird.. Auf den Landflächen liegen dagegen umgekehrte Verhältnisse vor.
Der unermüdliche Motor dieses Wasserkreislaufs ist unser Zentralgestirn, die Sonne. Unter dem energieeintragenden Einfluss der Sonnenstrahlen wechselt Wasser seinen Aggregatzustand ( physikalische Erscheinungsform ) und seinen Standort. Wo immer es sich befindet, in Gewässern oder Meeren, aber auch im Boden und in Pflanzen, verdunstet es und steigt als Wasserdampf in die Atmosphäre auf. Dies geschieht in unvorstellbar großen Mengen. Allein über den Ozeanen wird durch die Sonneneinstrahlung in jeder Minute eine „Luftfracht" von etwa einer Milliarde Tonnen Wasser in die Atmosphäre transportiert. Das ergibt eine jährliche Wassermasse von 450 Billiarden Tonnen. Weitere 70 bis 75 Billiarden Tonnen Wasser gehen jährlich vom Festland aus in die Lufthülle über.
So gibt zum Beispiel ein Buchenwald von einem Hektar Fläche während seiner
Vegetationsperiode im Durchschnitt an jedem Tag über 10000 Liter Wasser an die
Atmosphäre ab, also eine Masse von 10 Tonnen. In den oberen kalten Luftschichten der Atmosphäre kühlt der Wasserdampf wieder ab und verdichtet sich zu kleinen
Tröpfchen, die sich ihrerseits zu Wolken zusammenballen. Erreichen diese
Tröpfchen eine gewisse Größe, werden sie von der Schwerkraft erfasst und fallen als
Regen, Schnee oder Hagel auf die Erde zurück. Rund 80 Prozent dieser Menge erreichen das Meer, der Rest, etwa eine Trillion Liter im Jahr, geht auf das Festland nieder.
Dieser Niederschlag erfolgt jedoch nicht gleichmäßig.
Millionen von Menschen würden viel dafür geben, wenn es in ihrer Region auch nur einmal im Jahr vom Himmel tröpfeln würde.
Denn ohne Wasser gibt es keine Ernten und keine Nahrung.
Die ungleichmäßige Verteilung der Niederschläge auf der Erde ist eines der größten
Probleme für die Ernährung der Menschheit.
Deshalb gab es schon seit langem Verfahren mit einfachen Mitteln Wasser aus der Luft zu gewinnen.
Eine Methode besteht prinzipiell darin, das in der Luft enthaltene Wasser an einer horizontal aufgespannten, und an einer Stelle abgesenkten, Folie kondensieren zu lassen und in ein darunter gestelltes Gefäß tropfen zu lassen. Auf diese Weise lassen sich jedoch nur sehr geringe Mengen Wasser gewinnen.
Das hierbei verwendete Grundprinzip besteht darin, die zur Verfügung stehende Luft an einer kühlen Fläche vorbeistreichen zu lassen, sie auf diese Art abzukühlen und dadurch zu zwingen, Teile des in der Luft gebundenen Wassers abzugeben. Denn Luft einer bestimmten Temperatur kann nur eine bestimmte Menge Wasser als Luftfeuchtigkeit speichern. Ist diese Menge erreicht, ist die Luft mit Wasserdampf gesättigt. Wird die Luft dann in der Folge abgekühlt, kann sie nur noch eine geringere Menge Wasserdampf speichern. Das auf diese Weise überschüssige Wasser kann von der Luft nicht mehr gehalten werden und fällt aus, es kondensiert. Das geschieht dadurch, dass sich der überschüssige Wasserdampf an kühleren Flächen niederschlägt, sich zu Tropfen verdichtet, und der Schwerkraft folgt.
Technisch nutzt man dieses Wirkprinzip dadurch, dass einerseits dafür gesorgt wird, dass möglichst viel Luft an einer Fläche, die kühler ist als die augenblickliche Lufttemperatur ist, vorbeistreicht und dass die entsprechende Fläche so groß wie möglich gemacht wird.
Eine solche Vorrichtung, mit der Wärme oder Kälte von einem Medium auf ein anderes übertragen wird, nennt man einen Wärmetauscher.
Ein spezieller, für die Gewinnung von Wasser aus Luft konstruierter, Wärmetauscher ist aus der DE 101 35 654 A1 vorbekannt.
Hierbei handelt es sich im wesentlichen um einen Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse mit einer Mehrzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten und von einem Kühlmittel durchströmten Wärmetauscherrohren. Hierbei sind die Wärmetauscherrohre als schraubenwendelförmige Rohrstränge ausgebildet und die Rohrstränge sind kühlmitteleintrittsseitig und kühlmittelaustrittsseitig an Kühlmittelverteilerrohre mit Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt angeschlossen.
Als besonderes Merkmal wird bei einem solchen Wärmetauscher hervorgehoben, dass die in Gehäuselängsrichtung verlaufenden Rohrstränge in Gehäusestirnansicht unter Bildung von Rohrbündelungen angeordnet sind ,und dass zwei oder mehrere Rohrbündelringe in konzentrischer Anordnung vorgesehen sind. Ferner wird hervorgehoben, dass die benachbarten Rohrstränge der Rohrbündelringe mit ihren Schraubenwendeln um ein vorgegebenes Maß in die Gangabstände zwischen den Schraubenwendeln eingreifen ( vgl. hierzu DE 101 35 653 A1 , Patentanspruch 1 )
Bei diesem bekannten Gerät findet sich kein Hinweis darauf, dass die Lage des Wärmetauschers für den Betrieb wichtig ist. Demzufolge ist auch das Problem der Vereisung des Wärmetauschers nicht angesprochen, was im praktischen Betrieb bekanntermaßen eine reale Gefahr darstellt. Zudem ist der Wirkungsgrad des bekannten Wärmetauschers durch geeignete Maßnahmen zu verbessern. Der Gesichtspunkt der Reinigung des Wärmetauschers findet in der DE 101 35 654 A1 keine Erwähnung. Dem Wärmetauscher gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen 1 bis 6, sowie dem Verfahren nach Patentanspruch 20 liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher, bzw. ein dessen Betrieb zugrundeliegendes Verfahren, anzugeben, mit dem sich der Gesamtwirkungsgrad verbessern, das Gerät leicht reinigen und die Gefahr der Vereisung vermeiden lässt.
Bei dem zum Stand der Technik genannten Wärmetauscher findet sich zwar kein
Hinweis darauf welche Einbaulage er im Betrieb einnimmt, aber es hat sich im praktischen Betrieb gezeigt, dass ein solcher Wärmetauscher zur Vereisung neigt.
Dies macht seine Funktion nahezu wirkungslos.
Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwar die prinzipielle
Anordnung der Wärmetauscherrohre beizubehalten, den Querschnitt der
Kühlmitteleintrittsdüsen in Abhängigkeit von ihrer Lage in der Richtung der
Schwerpunktachse jedoch zu variieren.
Deshalb ist bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Einbaulage besonders wichtig.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist der, dass die Flussrichtung des Kühlmittels entgegengesetzt zu der Flussrichtung des
Luftstroms gerichtet ist.
Zudem ist durch die Installation einer Reinigungseinrichtung, deren Betrieb in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt, sichergestellt, dass die Anlage im
Dauerbetrieb funktionssicher bleibt.
Die Beschichtung der Wärmetauscherrohre gemäß dem sogenannten Lotus - Effekt liefert zusätzlich eine höhere Wasserausbeute.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird im Folgenden näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen:
Fig.1 die Seite des Kühlmitteleintritts Fig.2 die Seite des Kühlmittelaustritts Fig.3 einen Längsschnitt In Fig. 1 ist in einer Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Seite des Luftaustritts mit dem mit ( 1 ) bezeichneten Verteilerring für den Kühlmitteleintritt zu erkennen. Der Wasserablauf ( 19 ), der aus Fig.3 zu entnehmen ist, ist dabei weggelassen.
Das Kühlmittel tritt hierbei von der in Fig. 2 gezeigten Gegenseite ein, und wird über ein Rohr das in der Zentralachse des Wärmetauschers verläuft, sowie über ein anschließendes radial verlaufendes Zuführungsrohr, wie aus Fig.1 zu ersehen, in den
Kühlmittelverteilerring ( 1 ) geleitet.
Die Draufsicht zeigt hierbei die unteren Kühlmitteleintrittsdüsen ( 2 ) in der unteren
Bildhälfte und die oberen Kühlmitteleintrittsdüsen ( 3 ) in der oberen Bildhälfte. Die mittleren Kühlmitteleintrittsdüsen ( 4 ) sind sinngemäß in der Bildmitte zu erkennen.
Alle drei Typen von Düsen unterscheiden sich hinsichtlich der Größe ihres
Querschnitts.
Die unteren Düsen ( 2 ) weisen hierbei einen größeren Querschnitt auf, als die oberen Düsen ( 3 ), da im unteren Verdampfungsbereich die Gefahr einer Vereisung größer ist, als im oberen Bereich des Wärmetauschers.
Die mittleren Düsen ( 4 ) weisen einen mittleren Querschnitt auf.
Diese beschriebene Maßnahme gewährleistet , dass sich über den gesamten
Querschnitt des erfindungsgemäßen Wärmetauschers eine gleichmäßige Abkühlung der durchgeführten Luft ergibt. Somit kann die gesamte Wassergewinnungsanlage gezielt an der Grenze zur Vereisung gefahren werden.
Mit ( 5 ) ist die Kontur des Außengehäuses bezeichnet.
Als Materialien hierfür kommen neben Kupfer, Aluminium, Nirosta - Stahl auch
Kunststoffe und Carbon infrage.
Unter ( 6 ) sind beispielhaft Verdampferwendeln zu erkennen.
Mit ( 17 ) ist die Beschichtung von Verdampfungswendeln aufgezeigt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher von der
Seite, die der in Fig.1 gezeigten, gegenüberliegt.
Auch hier ist der Wärmetauscher wieder so gezeigt, dass der obere Bildteil der
Einbaulage nach, oben zu liegen kommt.
Auf dieser Seite des Wärmetauschers erfolgt der Lufteintritt und gleichzeitig der
Kühlmittelaustritt, da die Richtung des Lufteintritts und die Richtung des
Kühlmittelflusses entgegengesetzt sind. Mit ( 9 ) ist hier die Kühlmittelaustrittsleitung bezeichnet, wobei diese in einen, dem Querschnitt nach erweiterten, Kühlmittelaustrittsstutzen ( 10 ) mündet. In einem rechten Winkel hierzu ist die Kühlmitteleintrittszuleitung ( 8 ) zu erkennen, die, in der Darstellung verdeckt, in der Zentralachse des Wärmetauschers auf die andere, in Fig.1 gezeigte Seite, zuläuft.
Mit ( 7 ) sind in Fig.2 beispielhaft einige der Kühlmittelaustrittsverbindungen bezeichnet. Sie stellen die Verbindung der Verdampferwendeln ( 6 ) mit der, in diesem Bereich kreisförmig verlaufenden, Kühlmittelaustrittsleitung ( 9 ) her. Zur Reinigung des beschriebenen Systems dient eine, ebenfalls in Fig.2 leicht erkennbare, spiralförmige Hochdruckreinigungsleitung. Mit ( 12 ) ist hierbei der Eingangsstutzen dieser Leitung gekennzeichnet, mit ( 11 ) sind einige der Reinigungsdüsen benannt. Aus diesen Düsen ( 11 ) wird in bestimmten Zeitabständen unter Hochdruck eine besondere Reinigungsflüssigkeit versprüht. Auch hier sind wieder die Verdampferwendeln ( 6 ) , diesmal von der anderen Seite des Wärmetauschers, zu sehen.
Der in Fig.3 gezeigte Längsschnitt des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zeigt noch einmal mit ( 14 ) die Richtung des Lufteintritts und mit ( 16 ) die gegenläufige
Richtung des Kühlmittelflusses,
Der von außen zugängige Anschluss der Kühlmittelzufuhr ist hier mit ( 15 ) ,die entsprechende Kühlmittelrückleitung mit ( 13 ) bezeichnet.
Der Luftstrom wird durch einen Luftstromerzeuger ( 20 ) verursacht, der als Ventilator ausgeführt sein kann oder als Verdichter oder als Turbine. Bei der Ausführung als
Verdichter kommen Kolbenverdichter oder Schraubenverdichter infrage.
Auf der Gegenseite des Luftstromerzeugers ( 20 ) ist dem Wärmetauscher ein
Wasserabscheider ( 18 ) mit einem Ablauf ( 19 ) nachgeschaltet. Dieser dient dazu,
Wassertropfen die vom Luftstrom ins Freie mitgerissen werden, aufzufangen, zu nutzen, und somit den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen.
Der Wasserabscheider ( 18 ) besteht im wesentlichen aus schräg angeordneten
Lamellen aus den gleichen Materialien, wie sie bei den Verdampferwendeln genannt wurden.
Die Schrägstellung dieser Lamellen kann, entsprechend der Geschwindigkeit des
Luftstroms, veränderbar gestaltet sein. Alle Bauteile die von der Arbeitsluft angeströmt werden weisen erfindungsgemäß eine Beschichtung auf, die den, von Pflanzen bekannten, Lotus - Effekt verursacht.
Der Lotus - Effekt ist nach der in asiatischen Religionen heiligen Lotusblume, die als Symbol der Reinheit gilt, benannt. Ihre Blätter entfalten sich makellos rein aus dem Schlamm der Gewässer. Dieses Phänomen der Selbstreinigung wurde untersucht und gewährt erstaunliche Einblicke in die Möglichkeiten der Natur, sich gegen den allgegenwärtigen Schmutz, aber auch gegen Mikroorganismen zu wehren. Da der Lotus - Effekt ausschließlich auf einer physikalisch - chemischen Grundlage beruht, und nicht an ein lebendes System gebunden ist, kann eine sich selbst reinigende Oberfläche technisch hergestellt werden. Die Werkstoffe für derartige neue Beschichtungen stehen zur Verfügung. Bis heute wurde allerdings die scheinbar widersprüchliche Forderung nach einer rauen Oberfläche als Grundlage einer, im Ergebnis des Lotus - Effekts, sauberen Oberfläche übersehen. Einige Werkstoffe erlauben es zudem auch, Beschichtungen herzustellen die neben hydrophoben auch oleophobe Eigenschaften aufweisen. Sie werden also weder von Wasser noch von Öl benetzt, und können somit als ultraphob bezeichnet werden. Ein Überzug nach dem Lotus - Effekt gewährleistet somit nicht nur eine saubere Anlage, sondern erhöht zudem den Wirkungsgrad, da kein Wasser sich mit Schwebeteilchen der Luft verbinden und Schmutz bilden kann.
Bezuqszeichenliste
( 1 ) Kühlmitteleintritt, Verteilerring
( 2 ) untere Kühlmitteleintrittsdüsen
( 3 ) obere Kühlmitteleintrittsdüsen
( 4 ) mittlere Kühlmitteleintrittsdüsen
( 5 ) Außengehäuse
• ( 6 ) Verdampferwendel
( 7 ) Kühlmittelaustrittsverbindungen
( 8 ) Kühlmitteleintrittszuleitung
( 9 ) Kühlmittelaustrittsleitung
( 10 ) erweiternder Kühlmittelaustrittsstutzen
( 11 ) Hochdruckreinigungsdüsen
( 12 ) Hochdruckreinigungszuleitung
( 13 ) Kühlmittelrückleitung
( 14 ) Lufteintritt
( 15 ) Kühlmittelzuleitung
( 16 ) Kühlmittelfließrichtung
( 17 ) Verdampferwendelbeschichtung
( 18 ) Wasserabscheider
( 19 ) Wasserablauf
( 20 ) Luftstromerzeuger

Claims

Ansprüche
Anspruch 1 :
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen
Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses
( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter
Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums entgegengesetzt zur Haupt - Strömungsrichtung des Kühlmittels ist.
Anspruch 2
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses ( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei das Kühlmittel in die Verdampferwendeln (-6 ) über Kühlmitteleintrittsdüsen ( 2),( 3 ),( 4 ) geleitet wird, deren Querschnitt sich in der Richtung der Schwerkraft ändert. Anspruch 3:
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses ( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen sind, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt.
Anspruch 4:
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses ( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des . Reinigungsmittels gewährleistet. Anspruch 5:
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen
Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses
( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter
Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist.
Anspruch 6:
Wärmetauscher mit einem in Längsrichtung von einem gasförmigen
Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses
( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter
Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums entgegengesetzt zur Haupt - Strömungsrichtung des Kühlmittels ist, und wobei das Kühlmittel in die Verdampferwendeln ( 6 ) über
Kühlmitteleintrittsdüsen ( 2),( 3 ),( 4 ) geleitet wird, deren Querschnitt sich in der Richtung der Schwerkraft ändert, und wobei die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen ist, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt, und wobei eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den
Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des Reinigungsmittels gewährleistet, und wobei an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist,
Anspruch 7:
Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in die Verdampferwendeln ( 6 ) über
Kühlmitteleintrittsdüsen
( 2),
( 3 ),
( 4 ) geleitet wird, deren Querschnitt sich in der Richtung der Schwerkraft ändert.
Anspruch 8:
Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen sind, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt.
Anspruch 9:
Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den
Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des
Reinigungsmittels gewährleistet.
Anspruch 10:
Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist. Anspruch 11 :
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen sind, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt.
Anspruch 12:
Wärmetauscher nach Anspruch 2: dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den
Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des
Reinigungsmittels gewährleistet.
Anspruch 13:
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist.
Anspruch 14:
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den
Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des
Reinigungsmittels gewährleistet.
Anspruch 15:
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist. Anspruch 16:
Wärmetauscher nach Anspruch 7, oder einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kühlmitteleintrittsdüsen von oben nach unten zunimmt.
Anspruch 17:
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Bewegung des gasförmigen Mediums ein
Ventilator oder ein Verdichter ( Kolbenverdichter, Schraubenverdichter ) oder eine Turbine verwendet wird.
Anspruch 18:
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Herstellungsmaterial für das Außengehäuse ( 5 ), Aluminium,
Carbon , Magnesium oder Titan verwendet wird.
Anspruch 19:
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Herstellungsmaterial für die Verdampferwendeln ( 6 ) Kupfer,
Aluminium , Nichtrostender Stahl, Kunststoff oder Carbon
Verwendet werden.
Anspruch 20:
Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft mittels eines Wärmetauschers mit einem in
Längsrichtung von einem gasförmigen
Medium durchströmten Gehäuse ( 5 ), bei dem in diesem Gehäuse eine Vielzahl von in Gehäuselängsrichtung angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten, schraubwendelförmigen Rohrsträngen in der Form von nahe beieinanderliegenden Verdampferwendeln ( 6 ) angeordnet sind, und wobei die Verdampferwendeln ( 6 ) in zur Längsachse des Gehäuses
( 5 ) konzentrischer Lage befestigt, in die Gangabstände benachbarter
Verdampferwendeln ( 6 ) ragen, und wobei die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums entgegengesetzt zur Haupt - Strömungsrichtung des Kühlmittels ist, und wobei das Kühlmittel in die Verdampferwendeln ( 6 ) über
Kühlmitteleintrittsdüsen ( 2),( 3 ),( 4 ) geleitet wird, deren Querschnitt sich in der Richtung der Schwerkraft ändert, und wobei die Oberflächen aller mit dem gasförmigen Medium in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer Schicht versehen ist, die den sogenannten Lotus - Effekt bewirkt, und wobei eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist, die eine über den
Querschnitt des Gehäuses ( 5 ) gleichmäßige Versprühung des
Reinigungsmittels gewährleistet, und wobei an der Luftaustrittsseite des Gehäuses ( 5 ) eine Vorrichtung zur Wasserabscheidung von Wassertropfen vorgesehen ist.
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