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WO2019096889A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von wasser aus der umgebungsluft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von wasser aus der umgebungsluft Download PDF

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Publication number
WO2019096889A1
WO2019096889A1 PCT/EP2018/081337 EP2018081337W WO2019096889A1 WO 2019096889 A1 WO2019096889 A1 WO 2019096889A1 EP 2018081337 W EP2018081337 W EP 2018081337W WO 2019096889 A1 WO2019096889 A1 WO 2019096889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
absorbent
water
solar module
evaporator
ambient air
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/EP2018/081337
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Phillipe VERPLANCKE
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.)
Aquahara Technology GmbH
Original Assignee
Aquahara Technology 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 Aquahara Technology GmbH filed Critical Aquahara Technology GmbH
Publication of WO2019096889A1 publication Critical patent/WO2019096889A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/263—Drying gases or vapours by absorption
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/302—Alkali metal compounds of lithium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Definitions

  • the present invention relates to a method for recovering water from an ambient air.
  • the invention further relates to a device for recovering water from an ambient air.
  • Such methods and apparatus for recovering water from ambient air are known in a wide variety.
  • corresponding absorption methods are known from the dehumidification technique.
  • Moisture from the air is absorbed in so-called liquid desiccants, for example in concentrated, hygroscopic salt solutions.
  • a highly hygroscopic salt is eg lithium chloride.
  • the water is partially removed again from the salt solution, so that the solution can be used again for dehumidifying the air.
  • this process is offered, for example, by Kathabar (see http://www.kathabar.com/liquid-desiccant/system-features-benefits).
  • heat exchangers typically gas / gas heat exchangers, for example
  • DE 10 2013 013 214 A1 also describes a device for recovering water from atmospheric air with a flowable sorbent Sorption of the water.
  • a flowable sorbent Sorption of the water In an evaporator, the absorbed water is removed from the so-diluted sorbent by evaporation. In the evaporator while the dilute sorbent is subjected to negative pressure.
  • Sorbtionsweg At least one heat exchanger is arranged as a preheating unit.
  • a disadvantage of this prior art is that a more expensive, corrosion-resistant heat exchanger is always used as the preheating unit for the diluted sorbent.
  • a method according to the invention for obtaining water from an ambient air comprises at least the following method steps: conveying a liquid diluted by means of absorbed water from the ambient air
  • the absorbent serves as a heat transfer medium of the solar module and transfer of the at least one solar module heated and diluted absorbent in at least one evaporator, wherein the evaporator comprises at least one evaporation structure and on and / or in the Evaporation structure is carried out evaporation of at least a portion of the water contained in the heated, diluted absorbent.
  • the method according to the invention can be dispensed with a heat exchanger in Sorbtionsweg before the solar module and the evaporator. As a result, the process is simple and inexpensive to operate and requires less energy than known methods.
  • the diluted absorbent is fed directly, ie without the interposition of a heat exchanger, a corresponding line system within the solar module.
  • the diluted liquid absorbent serves as a heat transfer fluid or solar fluid in the solar module.
  • Absorbent increases the efficiency of evaporation of the absorbed water within the evaporator. As a result, the amounts of water obtained from the ambient air can be significantly increased.
  • the vaporization structure is designed such that large-area evaporation of the water contained in the heated, diluted absorbent occurs. For example, for the
  • Evaporation structure honeycomb structures are used. Since the vaporization structure is formed with a large surface area, evaporation of the water contained in the diluted and heated absorbent may occur at relatively low temperatures. Cost-intensive arrangements for improving the evaporation rate at the evaporation structure can advantageously be dispensed with.
  • liquid absorbent is understood to mean any type of liquid desiccant that leads to absorption of at least part of the water contained in the ambient air in the absorbent.
  • the liquid absorbents may in particular be salt solutions, such as, for example, a lithium chloride solution or mixtures of different salt solutions.
  • promote and “transfer” is an active promotion or transfer, for example by means of at least one pump but also a conveying or transferring means of gravity understood.
  • the absorbent is returned from the evaporator to the at least one solar module.
  • the steps of conveying, transferring and returning the absorbent can be carried out several times. In particular, the multiple execution of the steps of conveying, transferring and returning the absorbent in a predetermined time interval, in particular during the day, take place. This ensures a particularly high rate of heating as well as desorption of the absorbent or the absorbed water.
  • the return of the absorbent to the at least one solar module can also be done with the interposition of at least one reservoir, wherein the reservoir is liquid-conductively connected to the evaporator and the solar module.
  • the method comprises a delivery to and a recording and storage of the recovered from the ambient air diluted absorbent in the at least one reservoir.
  • a concentration of the diluted absorbent is carried out at the evaporation structure of the evaporator to obtain a concentrated one
  • the concentrated absorbent can be supplied to an ambient air in contact with the absorbent structure with or without the interposition of a heat exchanger.
  • the (concentrated) concentrated absorption medium can be temporarily stored in the storage container and fed to the absorption structure in a predetermined time interval, in particular at night.
  • this embodiment of the method according to the invention utilizes the different daytime and nighttime temperatures for optimizing the process sequence, since with increasing day-night temperature difference the temperature difference between Absorption and desorption is increased and thus increases the water yield per unit volume of the salt solution or a lower salt concentration is required in the absorbent. Both processes (absorption and desorption) can also occur alternately or simultaneously during the day.
  • the absorption and desorption cycle can be controlled via the inflow and outflow of the diluted and / or concentrated absorbent to and from the storage container as a buffer.
  • the diluted absorbent is obtained by contacting the ambient air with a liquid and higher concentrated absorbent via spraying the absorbent in the ambient air or by passing the ambient air through an absorbent structure soaked with the absorbent. This ensures that the ambient air is brought into contact with the liquid absorbent over a large area.
  • honeycomb structures or other large-area structures are used over which the absorbent can flow and which are flowed through and / or around the ambient air. Other structures are conceivable, it should be ensured that the ambient air is always brought into contact over a large area with the liquid absorbent.
  • Process steps ensures the greatest possible absorption of the water contained in the ambient air.
  • the water evaporated by means of the evaporation structure is supplied to at least one condenser.
  • the capacitor may comprise at least one condensation structure for the condensation of the water vapor.
  • the condensation structure may be impregnated with water for condensation of the water vapor.
  • a suppression in support of the supply of the evaporated water to the condensation structure and within the evaporator, a negative pressure in support of the evaporation of the heated, diluted absorbent is applied within the capacitor.
  • this also increases the efficiency of the process.
  • the present invention further relates to an apparatus for recovering water from an ambient air comprising at least one
  • Conveying device for conveying an absorbent diluted by means of the ambient air absorbed water to and through at least one solar module, wherein the absorbent serves as a heat transfer medium of the solar module, and the solar module is fluidly connected to at least one evaporator, wherein the evaporator at least one
  • Evaporating structure comprises and takes place at and / or in the evaporation structure evaporation of at least a portion of the water contained in the heated by the solar module, the diluted absorbent.
  • the inventive design of the device can be dispensed with a heat exchanger in Sorbtionsweg before the solar module and the evaporator. As a result, the device is simple and inexpensive to operate and manufacture. It requires less energy input than known devices.
  • the diluted absorbent is fed directly, ie without the interposition of a heat exchanger, a corresponding line system within the solar module.
  • the diluted liquid absorbent serves as a heat transfer fluid or solar fluid in the solar module.
  • the line system and / or other elements of the solar module advantageously consist of a corrosion-resistant material, in particular plastic.
  • the heating of the diluted absorbent increases the efficiency of evaporation of the absorbed water within the evaporator. As a result, the amounts of water obtained from the ambient air can be significantly increased.
  • the vaporization structure is designed such that large-area evaporation of the water contained in the heated, diluted absorbent occurs.
  • honeycomb structures are used for the Evaporation structure. Since the vaporization structure is formed with a large surface area, evaporation of the water contained in the diluted and heated absorbent may occur at relatively low temperatures. Cost-intensive arrangements for improving the evaporation rate at the evaporation structure can advantageously be dispensed with.
  • the device according to the invention on the one hand can be produced inexpensively and easily and also a lower energy consumption is needed.
  • liquid absorbent is used for all types of liquid desiccants that can serve to absorb at least part of the water contained in the ambient air.
  • the liquid absorbent may be, for example, a hygroscopic saline solution or a mixture of such saline solutions.
  • conveying means an active conveying, for example by means of at least one pump, but also conveying by means of gravity.
  • the evaporator is liquid-conducting with or without interposition of at least one storage container for receiving a recirculated from the evaporator absorbent, connected to the solar module. This can be done a return of the absorbent from the evaporator to the at least one solar module. The result is a delivery cycle of the absorbent.
  • Absorbent can be carried out several times. In particular, the multiple execution of the steps of conveying, transferring and returning the absorbent in a predetermined time interval, in particular during the day, take place. This ensures a particularly high rate of heating as well as desorption of the absorbent or of the absorbed water. Furthermore, according to the invention there is the possibility that the reservoir receives and / or stores the diluted absorbent obtained from the ambient air. Furthermore, there is a possibility that a dilution of the dilute absorbent may occur at the evaporation structure of the evaporator to obtain a concentrated absorbent, whereby the concentrated absorbent may be supplied to an absorbent structure in contact with the ambient air with or without the interposition of a heat exchanger.
  • the (concentrated) concentrated absorption medium can be temporarily stored in the storage container and fed to the absorption structure in a predetermined time interval, in particular at night.
  • this embodiment of the device according to the invention uses the different daytime and nighttime temperatures to optimize the process flow, as the temperature difference between absorption and desorption increases with increasing day-night temperature difference and thus the water yield per unit volume of the salt solution increases or a lower salt concentration in the absorbent is needed. Both processes (absorption and desorption) can also occur alternately or simultaneously during the day.
  • the absorption and desorption cycle can be controlled via the inflow and outflow of the diluted and / or concentrated absorbent to and from the storage container as a buffer.
  • the absorption structure is designed to absorb at least part of the water contained in the ambient air. This is the dilute
  • Absorbent obtained by contacting the ambient air with the liquid and higher concentrated absorbent on a spraying of the absorbent in the ambient air or by passing the ambient air through the absorber impregnated absorbent structure This ensures that the Ambient air is brought into contact with the liquid absorbent over a large area.
  • honeycomb structures or other large-area structures are used over which the absorbent can flow and which are flowed through and / or around the ambient air.
  • Other structures are conceivable, it should be ensured that the ambient air is always brought into contact over a large area with the liquid absorbent.
  • the passage of the ambient air can be enhanced by means of suitable devices, for example blowers.
  • the evaporator is medium-conductively connected to at least one condenser, wherein the condenser has at least one condensation structure for condensing the water evaporated by means of the evaporating structure.
  • the condensation structure can be soaked in water. This technical embodiment ensures according to the invention that at least a majority of the evaporated water can be condensed on the condensation structure and removed as liquid water from the condenser.
  • the condensation structure in turn has the largest possible surface, as is fulfilled, for example, by a honeycomb structure. But other structures are conceivable. The formation of large surfaces increases the yield of water vapor or water both at the evaporation structure as well as the condensation structure.
  • this comprises at least one arranged downstream of the condenser heat exchanger, wherein at least a portion of the water obtained by the condenser is cooled in the heat exchanger by at least a portion of the obtained by the absorbent structure diluted absorbent and the cooled water the Condenser for cooling and / or impregnation of the condensation structure is supplied. Due to the at least partial recycling of the desorpted water from the ambient air can be dispensed with additional sources of water. This ensures cost-effective extraction of the water from the ambient air.
  • this device comprises means for generating a negative pressure in the evaporator and / or the condenser.
  • the means for generating a negative pressure on the one hand support the evaporation of the heated, diluted absorbent in the evaporator and promote the supply of water vapor to the condensation structure in the condenser.
  • the device comprises at least one device for taking the recovered / desorpt striv water from the system cycle.
  • this removal device can be arranged in the flow direction after the capacitor.
  • this device comprises means for controlling a conveying, transferring and the return of the absorbent in a predetermined time interval to predetermined elements of the device.
  • the figure shows a schematic representation of a device according to the invention.
  • the apparatus 10 for recovering water from an ambient air 68 in the illustrated embodiment comprises a device (not shown) for dispensing a liquid absorbent 16 onto an absorbent structure 12.
  • a suitable pipe system may be provided with corresponding openings or valves or similar spray devices are used.
  • the liquid absorbent 16 is In this case, the absorbent structure 16 then flows slowly into the lower regions of the absorption structure 12, where it flows out of the latter again and is collected again by a bathtub system 18.
  • the absorption structure 12 is honeycomb-shaped. This results in a very large surface at which absorption of at least part of the water contained in the ambient air 68 can take place.
  • the absorption of the water from the ambient air 68 takes place in the liquid absorbent 16, wherein the resulting heat of condensation is discharged through the large surface of the honeycomb absorbent structure 12 of the absorbent 16 immediately back to the ambient air 68.
  • the liquid absorbent 16 is diluted and exits the absorbent structure 12 as a dilute absorbent 20.
  • the ambient air 68 is brought into contact with the liquid absorbent 16 over a large area.
  • the liquid absorbent 16 is at least one hygroscopic saline solution or a mixture of different saline solutions.
  • a concentrated lithium chloride solution is used.
  • the absorption structure 12 can be designed such that it can be set up outdoors and can be flowed through by natural wind. This saves energy and installation costs, as no additional blowers are needed. However, should the natural wind conditions not allow a sufficiently large flow of ambient air 68 through the absorbent structure 12, of course, appropriate tools, such as blower 14 may be used in addition.
  • the absorbent structure 12 is to be chosen with suitable permeability, suitable thickness and suitable size.
  • the straight lines provided with arrows represent fluid conduits, such as tubes or hoses, in which the fluids used in the device flow in the direction of the arrow.
  • the necessary pumping devices are known in the art and shown in the figure only in one embodiment.
  • Caching of the dilute absorbent 20 is arranged. But there is also the possibility that the diluted absorbent 20 is fed directly to the solar module 28. In the direction of flow to the reservoir 60, a further pump 26 is arranged, which is the effluent from the reservoir 60 diluted absorbent 20 to the
  • the solar module 28 has a line system which consists of a corrosion-resistant material, in particular plastic. Also, other elements of the solar module 28 are made in the illustrated embodiment of plastic and are resistant to corrosion compared to the thinned absorbent 20.
  • the diluted absorbent 20 serves as heat transfer fluid of the solar module 28. After a corresponding heating in the solar module 28, the now heated diluted absorbent 20 is introduced via a line system 30 in an evaporator 34. For this purpose, the solar module 28 is liquid-conducting with the Evaporator 34 connected.
  • the evaporator 34 comprises an evaporation structure 36, wherein evaporation of at least part of the water contained in the diluted absorbent 20 heated by the solar module 28 takes place at and / or in the evaporation structure 36.
  • the evaporation structure 36 is honeycombed in the illustrated embodiment, so as to provide the largest possible evaporation surface.
  • the evaporator 34 is in turn connected via a line system 40 liquid-conducting with the reservoir 60.
  • the reservoir 60 also serves to receive the now concentrated absorbent.
  • the reservoir is formed, for example, as a layer memory, so that there is no mixing of the diluted absorbent 20 with the now concentrated absorbent 16.
  • the semicircular arrows indicate that this construction results in a circulation for the diluted or later concentrated absorbent.
  • a repeated cycling through the reservoir comprising 60, solar module 28 and evaporator 34 results in a high yield of water vapor and a further concentrated absorbent 16.
  • the yield of water vapor from the absorbent can be about 5 to 10%.
  • the said cycle is carried out in particular during the day, since here the solar module 28 can be operated particularly efficiently. At night, that is at usually lower temperatures can then the concentrated absorbent 16 via a pump 62 and a liquid-conducting between the reservoir 60 and the
  • Absorbing structure 12 arranged line system 64 are again introduced into the absorption structure 12, so that in turn water can be absorbed by the absorbent 16 and thereby the diluted absorbent 20 is formed, which in turn is collected in the sump 18. Furthermore, it can be seen that the evaporator 34 is connected via a line system 38 medium-conducting with a capacitor 44. Between the evaporator 34 and the condenser 44, a droplet separator 42 is also arranged. The droplet separator 42 reliably separates the particles formed in the evaporator 34 and carried by the water vapor formed, such as salt particles, even before the water vapor enters the condenser 44.
  • the capacitor 44 in turn has a condensation structure 46, which is honeycomb-shaped and thus forms a very large surface area.
  • the condensed water is discharged from the condenser 44 and received in a downstream collecting container 48. The water thus obtained can be removed from the collecting container 48 by means of suitable devices. In the illustrated embodiment is also shown that at least a portion of the recovered
  • Line system 50 and arranged in the line system 50 pump 52 is passed to a heat exchanger 54.
  • the heat exchanger 54 is also connected to the collecting container 18 liquid-conducting via a conduit system 56.
  • a pump 58 is arranged, which conducts the diluted absorbent 20 through the heat exchanger 54 and thus cools the water coming from the condenser 44 and the collecting tank 48, respectively.
  • the water thus cooled can in turn be fed via a line system 66 to the condenser 44 for impregnation of the condensation structure 46.
  • the diluted absorbent 20 is again after exiting the heat exchanger 54 via a
  • the device 10 has means for controlling a conveying, transferring and returning the absorbent in a predetermined time interval to predetermined elements of the device 10.
  • the water extraction process can be optimally adapted to the ambient conditions, in particular the temperature conditions.
  • both the absorption and the desorption of the water from the ambient air 68 can occur alternately or simultaneously during the day. All these pumps would then run simultaneously.
  • at least one heat exchanger for heat recovery can then be arranged in the supply and return of the absorbent 16, 20 in the absorption cycle.
  • a filtration and disinfection process or a mineralization process may have to be stored downstream.
  • These processes are state of the art.
  • the concentrated absorbents or salt solutions proposed in the present invention already have a strong disinfecting effect.
  • the mineralization of the water extracted from the air could for simplicity be done by passing the water through a gravel bed. It should be made clear at this point that the term "water vapor" describes the gaseous state of aggregation of water and not a mixture of air and water droplets.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft, wobei das Verfahren zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst: Fördern eines mittels aus der Umgebungsluft absorbierten Wassers verdünnten flüssigen Absorptionsmittels (20) zu und durch mindestens ein Solarmodul (28), wobei das Absorptionsmittel (20) als Wärmeträgermittel des Solarmoduls (28) dient; Überführen des durch das mindestens eine Solarmodul (28) erwärmten und verdünnten Absorptionsmittels (20) in mindestens einen Verdampfer (34), wobei der Verdampfer (34) mindestens eine Verdampfungsstruktur (36) umfasst und an und/oder in der Verdampfungsstruktur (32) eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel (20) enthaltenen Wassers erfolgt; und Rückführung des Absorptionsmittels zu dem mindestens einen Solarmodul (28). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (10) zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft (14).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus der
Umgebungsluft
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind aus der Luftentfeuchtungstechnik entsprechende Absorptionsverfahren bekannt. Dabei wird Feuchtigkeit aus der Luft in sogenannten flüssigen Trockenmitteln, beispielsweise in konzentrierten, hygroskopischen Salzlösungen, absorbiert. Ein stark hygroskopisches Salz ist z.B. Lithiumchlorid. Anschließend wird durch Er wärmung, Vakuumdestillation, Umkehrosmose oder ähnliche Verfahren das Wasser zum Teil wieder aus der Salzlösung entfernt, so dass die Lösung wieder zur Entfeuchtung der Luft eingesetzt werden kann. Industriell wird dieses Verfahren beispielsweise durch die Firma Kathabar angeboten (siehe http://www.kathabar.com/liquid-desiccant/system-features-benefits). Weitere Systeme, die beispielsweise unter der Bezeichnung „Ducool“ auf dem Markt angeboten werden leiten Prozessluft mittels eines Gebläses durch eine wabenartige Struktur, die mit der Salzlösung getränkt ist, so dass dort Wasserdampf aus der Luft von der kühlen und konzentrierten Salzlösung absorbiert wird. Ein separater Regenerationsluftstrom wird durch die mit der warmen Salzlösung getränkte Wabenstruktur geschickt. Dabei verdampft ein Teil des Wassers wieder aus der Salzlösung und der Wasserdampf wird von der Regenerationsluft abgeführt. Die oben dargestellten Verfahren können für den Aufbau eines atmosphärischen Wassergenerators genutzt werden, wobei das Ziel dieser Verfahren die Luftentfeuchtung und nicht die Gewinnung von flüssigem Wasser aus der Umgebungsluft ist. Aus der WO 2009/135618 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus der Umgebungsluft bekannt.
Alle oben erwähnten Verfahren und Vorrichtungen weisen nachteiligerweise einen sehr hohen Energieeinsatz auf, insbesondere von elektrischer Energie. Würde man die bekannten atmosphärischen Wassergeneratoren ausschließlich mit regenerativer Energie versorgen, beispielsweise in Wüstenregionen, würde dies die Notwendigkeit einer sehr großen Fläche von photovoltaischen Modulen mit entsprechend hohen Kosten pro Liter des gewonnenen Wassers bedeuten. Bisher werden daher für den Betrieb der bekannten Anlagen mit Verdampfungsvorrichtungen Wärme aus folgenden Quellen eingesetzt: Verbrennung von fossilen Brennstoffen, mit den bekannten Nachteilen für die Umwelt; herkömmliche thermische Solarmodule, oft sogar mit Vakuumröhren, um entsprechend hohe Temperaturen erreichen zu können und mit entsprechend hohen Anlagekosten; sowie Kondensationswärme beim Verfahren der sogenannten Brüdenkompression, wofür wiederum viel elektrische Energie benötigt wird.
Die bei der Kondensation des Wassers im Anschluss an die Verdampfung/Destillation der Salzlösung anfallende Wärme muss in die Umgebung abgeführt werden. Dazu werden in herkömmlichen Anlagen Wärmetauscher, typischerweise Gas/Gas-Wärmetauscher, beispielsweise
Plattenwärmetauscher (Kreuzstrom- oder Gegenstromwärmetäuscher) oder auch Kühlvorrichtungen eingesetzt, die wiederum die Anlagenkosten erhöhen.
Auch die DE 10 2013 013 214 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft mit einem fließfähigen Sorbens zur Sorption des Wassers. In einem Verdampfer wird dem so verdünnten Sorbens das aufgenommene Wasser mittels Verdampfung entzogen. Im Verdampfer wird dabei das verdünnte Sorbens mit Unterdrück beaufschlagt. Im Sorbtionsweg ist dabei mindestens ein Wärmetauscher als Vorwärmeeinheit angeordnet. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass hier als Vorwärmeeinheit für das verdünnte Sorbens immer ein teurer, da korrosionsbeständiger Wärmetauscher verwendet wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, welche einfacher und kostengünstiger zu betreiben beziehungsweise herzustellen sind und weniger Energieeinsatz als bekannte Verfahren und Vorrichtungen benötigen.
Zur Lösung dieser Aufgaben dient ein gattungsgemäßes Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft umfasst zumindest folgende Verfahrensschritte: Fördern eines mittels aus der Umgebungsluft absorbierten Wassers verdünnten flüssigen
Absorptionsmittels zu und durch mindestens ein Solarmodul, wobei das Absorptionsmittel als Wärmeträgermittel des Solarmoduls dient und Überführen des durch das mindestens eine Solarmodul erwärmten und verdünnten Absorptionsmittels in mindestens einen Verdampfer, wobei der Verdampfer mindestens eine Verdampfungsstruktur umfasst und an und/oder in der Verdampfungsstruktur eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers erfolgt. Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einen Wärmetauscher im Sorbtionsweg vor dem Solarmodul und dem Verdampfer verzichtet werden. Dadurch ist das Verfahren einfach und kostengünstig zu betreiben und benötigt einen geringeren Energieeinsatz als bekannte Verfahren. Das verdünnte Absorptionsmittel wird direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers, einem entsprechenden Leitungssystem innerhalb des Solarmoduls zugeführt. Das verdünnte flüssige Absorptionsmittel dient als Wärmeträgerflüssigkeit beziehungsweise Solarflüssigkeit im Solarmodul. Die Erwärmung des verdünnten
Absorptionsmittels erhöht den Wirkungsgrad der Verdampfung des absorbierten Wassers innerhalb des Verdampfers. Dadurch können die aus der Umgebungsluft gewonnenen Wassermengen signifikant erhöht werden. Die Verdampfungsstruktur ist derart ausgebildet, dass es zu einer großflächigen Verdampfung des in dem erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers kommt. Beispielsweise können für die
Verdampfungsstruktur Wabenstrukturen verwendet werden. Da die Verdampfungsstruktur mit einer großen Oberfläche ausgebildet ist, kann die Verdampfung des in dem verdünnten und erwärmten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen. Auf kostenintensive Anordnungen zur Verbesserung der Verdampfungsrate an der Verdampfungsstruktur kann vorteilhafterweise verzichtet werden. Unter dem Begriff „flüssiges Absorptionsmittel“ wird dabei jegliche Art von flüssigen Trockenmitteln verstanden, die zu einer Absorption von zumindest einem Teil des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers in dem Absorptionsmittel führen. Bei den flüssigen Absorptionsmitteln kann es sich insbesondere um Salzlösungen, wie zum Beispiel eine Lithiumchloridlösung oder Mischungen unterschiedlicher Salzlösungen, handeln. Unter den Begriffen "Fördern" und "Überführen" wird ein aktives Fördern oder Überführen beispielsweise mittels mindestens einer Pumpe aber auch ein Fördern oder Überführen mittels Schwerkraft verstanden.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Rückführung des Absorptionsmittels aus dem Verdampfer zu dem mindestens einen Solarmodul. Die Schritte des Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels können dabei mehrfach durchgeführt werden. Insbesondere kann die mehrfache Durchführung der Schritte des Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere tagsüber, erfolgen. Dies gewährleistet eine besonders hohe Erwärmungs- wie auch Desorptionsrate des Absorptionsmittels beziehungsweise des absorbierten Wassers. Die Rückführung des Absorptionsmittels zu dem mindestens einen Solarmodul kann zudem unter Zwischenschaltung von mindestens einem Vorratsbehälter erfolgen, wobei der Vorratsbehälter flüssigkeitsleitend mit dem Verdampfer und dem Solarmodul verbunden ist. Des Weiteren besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass das Verfahren eine Förderung zu und eine Aufnahme und Speicherung des aus der Umgebungsluft gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels in dem mindestens einen Vorratsbehälter umfasst. An der Verdampfungsstruktur des Verdampfers erfolgt eine (Auf-)Konzentration des verdünnten Absorptionsmittels unter Erhalt eines konzentrierten
Absorptionsmittels, wobei das konzentrierte Absorptionsmittel einer mit der Umgebungsluft in Kontakt stehenden Absorptionsstruktur mit oder ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zugeführt werden kann. Dabei kann das (auf-)konzentrierte Absorptionsmittel in dem Vorratsbehälter zwischengespeichert und in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere nachts, der Absorptionsstruktur zugeführt werden. Vorteilhafterweise nutzt diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die unterschiedlichen Tag- und Nachttemperaturen zur Optimierung des Verfahrensablaufs aus, da mit steigender Tag-Nacht-Temperaturdifferenz die Temperaturdifferenz zwischen Absorption und Desorption erhöht wird und damit sich die Wasserausbeute pro Volumeneinheit der Salzlösung erhöht beziehungsweise eine geringere Salzkonzentration in dem Absorptionsmittel benötigt wird. Beide Prozesse (Absorption und Desorption) können aber auch alternierend oder gleichzeitig tagsüber ablaufen. Über den Ab- und Zufluss des verdünnten und/oder des konzentriertes Absorptionsmittels zu und aus dem Vorratsbehälter als Zwischenspeicher kann der Absorptions- und Desorptionszyklus gesteuert werden. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das verdünnte Absorptionsmittel durch ein Inkontaktbringen der Umgebungsluft mit einem flüssigen und höher konzentrierten Absorptionsmittel über ein Versprühen des Absorptionsmittels in der Umgebungsluft oder mittels eines Hindurchleitens der Umgebungsluft durch eine mit dem Absorptionsmittel getränkte Absorptionsstruktur gewonnen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Umgebungsluft großflächig mit dem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird. Für den Fall der Verwendung von einer mit dem Absorptionsmittel getränkten Absorptionsstruktur werden Wabenstrukturen oder auch andere großflächige Strukturen verwendet, über welche das Absorptionsmittel fließen kann und die von der Umgebungsluft durch- und/oder umströmt werden. Auch andere Strukturen sind denkbar, wobei darauf zu achten ist, dass die Umgebungsluft immer großflächig mit dem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird. Durch die genannten
Verfahrensschritte ist eine möglichst große Absorption des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers gewährleistet.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mittels der Verdampfungsstruktur verdampfte Wasser mindestens einem Kondensator zugeführt. Dabei kann der Kondensator mindestens eine Kondensationsstruktur zur Kondensation des Wasserdampfes umfassen. Dabei kann die Kondensationsstruktur zur Kondensation des Wasserdampfs mit Wasser getränkt sein. Durch diese Maßnahmen ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass zumindest ein Großteil des verdampften Wassers an der Kondensationsstruktur kondensiert und als flüssiges Wasser aus dem Kondensator abgeführt werden kann. Die Kondensationsstruktur weist wiederum eine möglichst große Oberfläche auf, wie dies zum Beispiel durch eine Wabenstruktur erfüllt wird. Aber auch andere Strukturen sind denkbar. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird innerhalb des Kondensators ein Unterdrück zur Unterstützung der Zuführung des verdampften Wassers zu der Kondensationsstruktur und innerhalb des Verdampfers ein Unterdrück zur Unterstützung der Verdampfung des erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels angelegt. Vorteilhafterweise steigert sich dadurch auch die Effizienz des Verfahrens. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird zumindest ein Teil des desorptierten Wassers in Fließrichtung nach dem Kondensator über mindestens eine geeignete Vorrichtung aus dem Systemkreislauf entnommen. Dadurch wird einerseits vermieden, dass durch die kontinuierliche Kondensation von Wasser in dem Kondensator die Wassermenge im System stetig zunimmt. Damit der Wasserkreislauf nicht überläuft, wird zumindest ein Teil dieses desorptierten Wasser kontinuierlich oder zu vorbestimmten Zeitpunkten entnommen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des mittels des Kondensators gewonnenen
Wassers einem in Fließrichtung nach dem Kondensator angeordneten Wärmetauscher zugeführt, wobei mittels des Wärmetauschers eine Kühlung des gewonnenen Wassers mittels zumindest eines Teils des durch die Absorptionsstruktur gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels erfolgt und das gekühlte, gewonnene Wasser dem Kondensator zur Kühlung und/oder Tränkung der Kondensationsstruktur zugeführt wird. Dadurch kann erfindungsgemäß auf zusätzliche, teure Kühlvorrichtungen verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft umfassend mindestens eine
Fördervorrichtung zum Fördern eines mittels aus der Umgebungsluft absorbierten Wassers verdünnten Absorptionsmittels zu und durch mindestens ein Solarmodul, wobei das Absorptionsmittel als Wärmeträgermittel des Solarmoduls dient, und das Solarmodul flüssigkeitsleitend mit mindestens einem Verdampfer verbunden ist, wobei der Verdampfer mindestens eine
Verdampfungsstruktur umfasst und an und/oder in der Verdampfungsstruktur eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem durch das Solarmodul erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung kann auf einen Wärmetauscher im Sorbtionsweg vor dem Solarmodul und dem Verdampfer verzichtet werden. Dadurch ist die Vorrichtung einfach und kostengünstig zu betreiben und herzustellen. Sie benötigt einen geringeren Energieeinsatz als bekannte Vorrichtungen. Das verdünnte Absorptionsmittel wird direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers, einem entsprechenden Leitungssystem innerhalb des Solarmoduls zugeführt. Das verdünnte flüssige Absorptionsmittel dient als Wärmeträgerflüssigkeit beziehungsweise Solarflüssigkeit im Solarmodul. Das Leitungssystem und/oder andere Elemente des Solarmoduls bestehen vorteilhafterweise aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere Kunststoff. Die Erwärmung des verdünnten Absorptionsmittels erhöht den Wirkungsgrad der Verdampfung des absorbierten Wassers innerhalb des Verdampfers. Dadurch können die aus der Umgebungsluft gewonnenen Wassermengen signifikant erhöht werden. Die Verdampfungsstruktur ist derart ausgebildet, dass es zu einer großflächigen Verdampfung des in dem erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers kommt. Beispielsweise können für die Verdampfungsstruktur Wabenstrukturen verwendet werden. Da die Verdampfungsstruktur mit einer großen Oberfläche ausgebildet ist, kann die Verdampfung des in dem verdünnten und erwärmten Absorptionsmittel enthaltenen Wassers bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen. Auf kostenintensive Anordnungen zur Verbesserung der Verdampfungsrate an der Verdampfungsstruktur kann vorteilhafterweise verzichtet werden. Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einerseits kostengünstig und einfach hergestellt werden und zudem wird ein geringerer Energieeinsatz benötigt. Wie bereits dargelegt, wird der Begriff „flüssiges Absorptionsmittel“ für alle Arten von flüssigen Trockenmitteln, die zur Absorption von zumindest einem Teil des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers dienen können, verwendet. Dabei kann das flüssige Absorptionsmittel beispielsweise eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung derartiger Salzlösungen sein. Unter dem Begriff "Fördern" wird ein aktives Fördern beispielsweise mittels mindestens einer Pumpe aber auch ein Fördern mittels Schwerkraft verstanden.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Verdampfer flüssigkeitsleitend mit oder ohne Zwischenschaltung von mindestens einem Vorratsbehälter zur Aufnahme eines von dem Verdampfer rückgeführten Absorptionsmittels, mit dem Solarmodul verbunden. Damit kann eine Rückführung des Absorptionsmittels aus dem Verdampfer zu dem mindestens einen Solarmodul erfolgen. Es entsteht ein Förderkreislauf des Absorptionsmittels. Das Fördern, Überführen und die Rückführung des
Absorptionsmittels können dabei mehrfach durchgeführt werden. Insbesondere kann die mehrfache Durchführung der Schritte des Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere tagsüber, erfolgen. Dies gewährleistet eine besonders hohe Erwärmungs- wie auch Desorptionsrate des Absorptionsmittels beziehungsweise des absorbierten Wassers. Des Weiteren besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, dass der Vorratsbehälter das aus der Umgebungsluft gewonnene verdünnte Absorptionsmittel aufnimmt und/oder speichert. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass an der Verdampfungsstruktur des Verdampfers eine (Auf-) Konzentration des verdünnten Absorptionsmittels unter Erhalt eines konzentrierten Absorptionsmittels erfolgt, wobei das konzentrierte Absorptionsmittel einer mit der Umgebungsluft in Kontakt stehenden Absorptionsstruktur mit oder ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zugeführt werden kann. Dabei kann das (auf-)konzentrierte Absorptionsmittel in dem Vorratsbehälter zwischengespeichert und in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere nachts, der Absorptionsstruktur zugeführt werden. Vorteilhafterweise nutzt diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die unterschiedlichen Tag- und Nachttemperaturen zur Optimierung des Verfahrensablaufs aus, da mit steigender Tag-Nacht-Temperaturdifferenz die Temperaturdifferenz zwischen Absorption und Desorption erhöht wird und damit sich die Wasserausbeute pro Volumeneinheit der Salzlösung erhöht beziehungsweise eine geringere Salzkonzentration in dem Absorptionsmittel benötigt wird. Beide Prozesse (Absorption und Desorption) können aber auch alternierend oder gleichzeitig tagsüber ablaufen. Über den Ab- und Zufluss des verdünnten und/oder des konzentriertes Absorptionsmittels zu und aus dem Vorratsbehälter als Zwischenspeicher kann der Absorptions- und Desorptionszyklus gesteuert werden.
Die Absorptionsstruktur ist zur Absorption von zumindest einem Teil des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers ausgebildet. Dabei wird das verdünnte
Absorptionsmittel durch ein Inkontaktbringen der Umgebungsluft mit dem flüssigen und höher konzentrierten Absorptionsmittel über ein Versprühen des Absorptionsmittels in der Umgebungsluft oder mittels eines Hindurchleitens der Umgebungsluft durch die mit dem Absorptionsmittel getränkte Absorptionsstruktur gewonnen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Umgebungsluft großflächig mit dem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird. Für den Fall der Verwendung von einer mit dem Absorptionsmittel getränkten Absorptionsstruktur werden Wabenstrukturen oder auch andere großflächige Strukturen verwendet, über welche das Absorptionsmittel fließen kann und die von der Umgebungsluft durch- und/oder umströmt werden. Auch andere Strukturen sind denkbar, wobei darauf zu achten ist, dass die Umgebungsluft immer großflächig mit dem flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird. Das Durchströmen der Umgebungsluft kann mittels geeigneter Vorrichtungen, zum Beispiel Gebläse, verstärkt werden.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Verdampfer mediumsleitend mit mindestens einem Kondensator verbunden, wobei der Kondensator mindestens eine Kondensationsstruktur zur Kondensation des mittels der Verdampfungsstruktur verdampften Wassers aufweist. Die Kondensationsstruktur kann dabei mit Wasser getränkt sein. Durch diese technische Ausgestaltung ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass zumindest ein Großteil des verdampften Wassers an der Kondensationsstruktur kondensiert und als flüssiges Wasser aus dem Kondensator abgeführt werden kann. Die Kondensationsstruktur weist wiederum eine möglichst große Oberfläche auf, wie dies zum Beispiel durch eine Wabenstruktur erfüllt wird. Aber auch andere Strukturen sind denkbar. Die Ausbildung von großen Oberflächen erhöht die Ausbeute an Wasserdampf beziehungsweise Wasser sowohl an der Verdampfungsstruktur wie auch der Kondensationsstruktur. Zudem ist gewährleistet, dass die genannten Vorgänge bei relativ niedrigen Temperaturen effizient durchgeführt werden können. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass in Fließrichtung nach dem Verdampfer und vor oder in dem Kondensator mindestens ein Tropfenabscheider angeordnet ist. Durch den Tropfenabscheider werden zuverlässig aus dem Verdampfer ebenfalls austretende Salzpartikel aus dem Wasserdampf ausgeschieden. Eine Verunreinigung des durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gewonnenen Wassers durch dies Partikel wird damit zuverlässig verhindert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen in Fließrichtung nach dem Kondensator angeordneten Wärmetauscher, wobei zumindest ein Teil des mittels des Kondensators gewonnenen Wassers im Wärmetauscher durch zumindest einen Teil des durch die Absorptionsstruktur gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels gekühlt wird und das gekühlte Wasser dem Kondensator zur Kühlung und/oder Tränkung der Kondensationsstruktur zugeführt wird. Durch die zumindest teilweise Rückführung des desorptierten Wassers aus der Umgebungsluft kann auf zusätzliche Wasserquellen verzichtet werden. Damit ist eine kosteneffiziente Gewinnung des Wassers aus der Umgebungsluft gewährleistet.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks in dem Verdampfer und/oder dem Kondensator umfasst. Durch die genannten Ausgestaltungsmöglichkeiten. Die Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks unterstützen einerseits das Verdampfen des erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels im Verdampfer und fördern die Zuführung des Wasserdampfs zu der Kondensationsstruktur im Kondensator. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Vorrichtung zur Entnahme des gewonnenen/desorptierten Wassers aus dem Systemkreislauf. Dabei kann diese Entnahmevorrichtung in Fließrichtung nach dem Kondensator angeordnet sein. Durch die zumindest teilweise Entnahme des gewonnenen/desorptierten Wassers ist einerseits gewährleistet, dass der Wasserkreislauf in der Vorrichtung nicht überläuft, andererseits kann das entnommene Wasser für andere Zwecke verwendet werden. Die Entnahme des desorptierten Wassers kann dabei kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeitpunkten erfolgen.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese Mittel zum Steuerung eines Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall zu vorbestimmten Elementen der Vorrichtung. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung optimal, d.h. mit sich insbesondere den äußeren Bedingungen anpassenden Parametern, betrieben werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung 10 zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft 68 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Ausbringen eines flüssigen Absorptionsmittels 16 auf eine Absorptionsstruktur 12. Zum Aufbringen beziehungsweise Aufträgen des flüssigen Absorptionsmittels 16 kann ein geeignetes Rohrsystem mit entsprechenden Öffnungen oder Ventilen oder vergleichbare Sprühvorrichtungen verwendet werden. Das flüssige Absorptionsmittel 16 wird dabei insbesondere über eine gesamte obere Fläche der Absorptionsstruktur 12 verteilt und tränkt so die Absorptionsstruktur 12. Das Absorptionsmittel 16 fließt anschließend langsam in die unteren Bereiche der Absorptionsstruktur 12, wo es aus dieser wieder herausfließt und durch ein Wannensystem 18 wieder aufgefangen wird. Man erkennt, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Absorptionsstruktur 12 wabenförmig ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine sehr große Oberfläche an der eine Absorption von zumindest einem Teil des in der Umgebungsluft 68 enthaltenen Wassers erfolgen kann. Die Absorption des Wassers aus der Umgebungsluft 68 erfolgt dabei in dem flüssigen Absorptionsmittel 16, wobei die dadurch entstehende Kondensationswärme durch die große Oberfläche der wabenförmigen Absorptionsstruktur 12 von dem Absorptionsmittel 16 sofort wieder an die Umgebungsluft 68 abgegeben wird. Durch die Absorption von Wasser aus der Umgebungsluft 68 wird das flüssige Absorptionsmittel 16 verdünnt und tritt als verdünntes Absorptionsmittel 20 aus der Absorptionsstruktur 12 aus.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Umgebungsluft 68 großflächig mit dem flüssigen Absorptionsmittel 16 in Kontakt gebracht. Bei dem flüssigen Absorptionsmittel 16 handelt es sich um mindestens eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher Salzlösungen. Beispielsweise wird eine konzentrierte Lithiumchlorid-Lösung verwendet. Die Absorptionsstruktur 12 kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie im Freien aufstellbar ist und von natürlichem Wind durchströmt werden kann. Damit lassen sich Energie- und Anlagekosten sparen, da keine zusätzlichen Gebläse benötigt werden. Sollten die natürlichen Windverhältnisse allerdings keinen genügend großen Durchfluss der Umgebungsluft 68 durch die Absorptionsstruktur 12 erlauben, können natürlich entsprechende Hilfsmittel, wie zum Beispiel Gebläse 14 zusätzlich eingesetzt werden. Die Absorptionsstruktur 12 ist mit geeigneter Durchlässigkeit, geeigneter Stärke und geeigneter Größe zu wählen. Solche Strukturen stehen beispielsweise in einer robusten und gegen Zersetzung geschützten Karton-Ausführung sehr kostengünstig zur Verfügung und werden heutzutage beispielsweise bei der Verdunstungskühlung von Hühnerställen verwendet. In der weiteren Beschreibung des Ausführungsbeispiels stellen die mit Pfeilen versehenen geraden Linien Flüssigkeitsleitungen, wie zum Beispiel Rohre oder Schläuche dar, worin die in der Vorrichtung verwendeten Flüssigkeiten in Pfeilrichtung fließen. Die dazu notwendigen Pumpvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt und in der Figur nur in einer Ausführungsvariante dargestellt.
Es handelt sich dabei um die Fördervorrichtung beziehungsweise Pumpe 22 zum Fördern des durch das absorbierte Wasser verdünnten Absorptionsmittels 20 zu einem Solarmodul 28. Man erkennt, dass im Leitungsweg 24 zwischen der Pumpe 22 und dem Solarmodul 28 ein Vorratsbehälter 60 zur
Zwischenspeicherung des verdünnten Absorptionsmittels 20 angeordnet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das verdünnte Absorptionsmittel 20 direkt dem Solarmodul 28 zugeführt wird. In Fließrichtung nach dem Vorratsbehälter 60 ist eine weitere Pumpe 26 angeordnet, die das aus dem Vorratsbehälter 60 ausfließende verdünnte Absorptionsmittel 20 zu dem
Solarmodul 28 und durch dieses hindurch leitet. Das Solarmodul 28 weist hierfür ein Leitungssystem auf, welches aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere Kunststoff besteht. Auch weitere Elemente des Solarmoduls 28 bestehen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Kunststoff und sind gegenüber dem verdünnten Absorptionsmittel 20 korrosionsresistent. Das verdünnte Absorptionsmittel 20 dient als Wärmeträgerflüssigkeit des Solarmoduls 28. Nach einer entsprechenden Erwärmung im Solarmodul 28 wird das nunmehr erwärmte verdünnte Absorptionsmittel 20 über ein Leitungssystem 30 in einem Verdampfer 34 eingebracht. Hierzu ist das Solarmodul 28 flüssigkeitsleitend mit dem Verdampfer 34 verbunden. Zudem erkennt man, dass der Verdampfer 34 eine Verdampfungsstruktur 36 umfasst, wobei an und/oder in der Verdampfungsstruktur 36 eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem durch das Solarmodul 28 erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels 20 enthaltenen Wassers erfolgt. Die Verdampfungsstruktur 36 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wabenförmig ausgebildet, um so eine möglichst große Verdampfungsoberfläche bereitzustellen.
Der Verdampfer 34 ist wiederum über ein Leitungssystem 40 flüssigkeitsleitend mit dem Vorratsbehälter 60 verbunden. Der Vorratsbehälter 60 dient auch zur Aufnahme des nunmehr aufkonzentrierten Absorptionsmittels. Hierzu ist der Vorratsbehälter beispielsweise als Schichtspeicher ausgebildet, sodass es zu keiner Vermischung des verdünnten Absorptionsmittels 20 mit dem nunmehr aufkonzentrierten Absorptionsmittel 16 kommt. Mit den halbkreisförmigen Pfeilen ist angedeutet, dass sich durch diese Konstruktion ein Kreislauf für das verdünnte beziehungsweise später aufkonzentrierte Absorptionsmittel ergibt. Über ein mehrmaliges Durchlaufen des Kreislaufes umfassend Vorratsbehälter 60, Solarmodul 28 und Verdampfer 34 ergibt sich eine hohe Ausbeute an Wasserdampf sowie ein weiter aufkonzentriertes Absorptionsmittel 16. Pro Umlauf kann die Ausbeute an Wasserdampf aus dem Absorptionsmittel ca. 5 bis 10 % betragen. Der genannte Kreislauf wird insbesondere tagsüber durchgeführt, da hier das Solarmodul 28 besonders effizient betrieben werden kann. Nachts, das heißt bei üblicherweise niedrigeren Temperaturen kann dann das aufkonzentrierte Absorptionsmittel 16 über eine Pumpe 62 und ein flüssigkeitsleitend zwischen dem Vorratsbehälter 60 und der
Absorptionsstruktur 12 angeordnetes Leitungssystem 64 wieder in die Absorptionsstruktur 12 eingebracht werden, sodass wiederum Wasser durch das Absorptionsmittel 16 aufgenommen werden kann und dadurch das verdünnte Absorptionsmittel 20 entsteht, welches wiederum in dem Sammelbehälter 18 aufgefangen wird. Des Weiteren erkennt man, dass der Verdampfer 34 über ein Leitungssystem 38 mediumsleitend mit einem Kondensator 44 verbunden ist. Zwischen dem Verdampfer 34 und dem Kondensator 44 ist zudem ein Tropfenabscheider 42 angeordnet. Der Tropfenabscheider 42 trennt die im Verdampfer 34 entstandenen und durch den entstandenen Wasserdampf mitgetragenen Partikel, wie zum Beispiel Salzpartikel, noch vor dem Eintritt des Wasserdampfs in den Kondensator 44, zuverlässig ab. Der Kondensator 44 weist wiederum eine Kondensationsstruktur 46 auf, die wabenförmig ausgebildet ist und somit eine sehr große Oberfläche ausbildet. Das kondensierte Wasser wird aus dem Kondensator 44 ausgeleitet und in einem nachgeordneten Auffangbehälter 48 aufgenommen. Das so gewonnene Wasser kann aus dem Auffangbehälter 48 mittels geeigneter Vorrichtungen entnommen werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zudem gezeigt, dass zumindest ein Teil des gewonnenen Wassers über ein
Leitungssystem 50 und eine im Leitungssystem 50 angeordnete Pumpe 52 zu einem Wärmetauscher 54 geleitet wird. Der Wärmetauscher 54 ist zudem mit dem Sammelbehälter 18 flüssigkeitsleitend über ein Leitungssystem 56 verbunden. Im Leitungssystem 56 ist eine Pumpe 58 angeordnet, die bei Betätigung das verdünnte Absorptionsmittel 20 durch den Wärmetauscher 54 leitet und somit das aus dem Kondensator 44 beziehungsweise dem Sammelbehälter 48 stammende Wasser kühlt. Das so gekühlte Wasser kann wiederum über ein Leitungssystem 66 dem Kondensator 44 zur Tränkung der Kondensationsstruktur 46 zugeführt werden. Das verdünnte Absorptionsmittel 20 wird nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 54 wiederum über ein
Leitungssystem 56 der Absorptionsstruktur 12 zugeführt. Dieser Kühlvorgang wird vorwiegend tagsüber durchgeführt, da hier die Temperaturdifferenz zwischen dem verdünnten Absorptionsmittel 20 und dem durch den Kondensator 44 gewonnenen Wasser am höchsten ist. Des Weiteren erkennt man, dass innerhalb des Verdampfers 34 sowie innerhalb des Kondensators 44 mittels einer Unterdruckvorrichtung 32 ein Unterdrück zur Unterstützung der Zuführung des verdampften Wassers zu der Kondensationsstruktur 46 und zur Unterstützung der Verdampfung des erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels 20 vorgesehen ist.
Zudem weist die Vorrichtung 10 Mittel zur Steuerung eines Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall zu vorbestimmten Elementen der Vorrichtung 10 auf. Damit kann der Wassergewinnungsprozess den Umgebungsbedingungen, insbesondere den Temperaturbedingungen optimal angepasst werden. Beispielsweise können sowohl die Absorption wie auch die Desorption des Wassers aus der Umgebungsluft 68 alternierend oder gleichzeitig tagsüber ablaufen. Alle genannten Pumpen würden dann gleichzeitig laufen. Um in diesem Fall hohe Wärmeverluste zu vermeiden, können dann im Vor- und Rücklauf des Absorptionsmittels 16, 20 im Absorptionskreislauf mindestens ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung angeordnet sein.
Um aus dem desoptierten Wasser Trinkwasser herzustellen, muss gegebenfalls noch ein Filter- und Desinfektionsprozess bzw. ein Mineralisierungsprozess nachgelagert werden. Diese Prozesse entsprechen dem Stand der Technik. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen konzentrierten Absorptionsmittel beziehungsweise Salzlösungen bereits eine starke desinfizierende Wirkung haben. Die Mineralisierung des aus der Luft gewonnenen Wassers könnte einfachheitshalber dadurch geschehen, dass das Wasser durch ein Kiesbett geführt wird. Es sei an dieser Stelle klargestellt, dass der Begriff „Wasserdampf“ den gasförmigen Aggregatszustand von Wasser beschreibt und nicht ein Gemisch von Luft und Wassertröpfchen.

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft, wobei das Verfahren zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Fördern eines mittels aus der Umgebungsluft absorbierten
Wassers verdünnten flüssigen Absorptionsmittels (20) zu und durch mindestens ein Solarmodul (28), wobei das Absorptionsmittel (20) als Wärmeträgermittel des Solarmoduls (28) dient; und
Überführen des durch das mindestens eine Solarmodul (28) erwärmten und verdünnten Absorptionsmittels (20) in mindestens einen
Verdampfer (34), wobei der Verdampfer (34) mindestens eine Verdampfungsstruktur (36) umfasst und an und/oder in der Verdampfungsstruktur (32) eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel (20) enthaltenen Wassers erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Absorptionsmittel (20) aus dem Verdampfer (34) in das mindestens eine Solarmodul (28) rückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schritte des Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels mehrfach durchgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die mehrfache Durchführung der Schritte des Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere tagsüber, erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückführung des Absorptionsmittels zu dem mindestens einen Solarmodul (28) unter Zwischenschaltung von mindestens einem Vorratsbehälter (60) erfolgt, wobei der Vorratsbehälter (60) flüssigkeitsleitend mit dem Verdampfer (34) und dem Solarmodul (28) verbunden ist
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren eine Förderung, Aufnahme und Speicherung des aus der Umgebungsluft gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels (20) zu dem mindestens einen Vorratsbehälter (60) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Verdampfungsstruktur (36) eine Konzentration des verdünnten Absorptionsmittels (20) unter Erhalt eines konzentrierten Absorptionsmittels (1 6) erfolgt, wobei das konzentrierte Absorptionsmittel (16) einer mit der Umgebungsluft in Kontakt stehenden Absorptionsstruktur (12) mit oder ohne Zwischenschaltung eines
Wärmetauschers zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das das konzentrierte Absorptionsmittel (1 6) in dem Vorratsbehälter (60) zwischengespeichert und in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere nachts, der Absorptionsstruktur (12) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das verdünnte Absorptionsmittel (20) durch ein Inkontaktbringen der Umgebungsluft mit einem flüssigen und höher konzentrierten Absorptionsmittel (1 6) über ein Versprühen des Absorptionsmittels (1 6) in der Umgebungsluft oder mittels eines Hindurchleitens der Umgebungsluft durch eine mit dem Absorptionsmittel (1 6) getränkte Absorptionsstruktur (12) gewonnen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mittels der Verdampfungsstruktur (36) verdampfte Wasser mindestens einem Kondensator (44) zu geführt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kondensator (44) mindestens eine Kondensationsstruktur (46) zur Kondensation des Wasserdampfs umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Kondensators (44) ein Unterdrück zur Unterstützung der Zuführung des verdampften Wassers zu der Kondensationsstruktur (46) und innerhalb des Verdampfers (34) ein Unterdrück zur Unterstützung der Verdampfung des erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels (20), angelegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil des mittels des Kondensators (44) desorptierten Wassers in Fließrichtung nach dem Kondensator (44) über mindestens eine geeignete Vorrichtung aus dem Systemkreislauf entnommen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil des mittels des Kondensators (44) gewonnenen
Wassers einem in Fließrichtung nach dem Kondensator (44) angeordneten Wärmetauscher (54) zugeführt wird, wobei mittels des Wärmetauschers (54) eine Kühlung des gewonnenen Wassers mittels zumindest eines Teils des durch die Absorptionsstruktur (12) gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels (20) erfolgt und das gekühlte Wasser dem
Kondensator (44) zur Kühlung und/oder Tränkung der Kondensationsstruktur (46) zugeführt wird.
15. Vorrichtung (10) zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft umfassend mindestens eine Fördervorrichtung (26) zum Fördern eines mittels aus der Umgebungsluft absorbierten Wassers verdünnten Absorptionsmittels (20) zu und durch mindestens ein Solarmodul (28), wobei das Absorptionsmittel (20) als Wärmeträgermittel des Solarmoduls (28) dient, und das Solarmodul (28) flüssigkeitsleitend mit mindestens einem Verdampfer (34) verbunden ist, wobei der Verdampfer (34) mindestens eine Verdampfungsstruktur (36) umfasst und an und/oder in der Verdampfungsstruktur (32) eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem durch das Solarmodul (28) erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel (20) enthaltenen Wassers erfolgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdampfer (34) flüssigkeitsleitend mit oder ohne Zwischenschaltung von mindestens einem Vorratsbehälter (60) zur Aufnahme eines von dem Verdampfer (34) rückgeführten
Absorptionsmittels, mit dem Solarmodul (28) verbunden ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass das flüssige Absorptionsmittel (1 6) eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher Salzlösungen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Vorrichtung zum Aufbringen und/oder Leiten eines flüssigen, nicht durch Wasser aus der Umgebungsluft verdünnten Absorptionsmittels (1 6) auf und/oder zu einer Absorptionsstruktur (12) umfasst, wobei die Absorptionsstruktur (12) zur Absorption von zumindest einem Teil des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Solarmodul (28) mindestens ein Leitungssystem zur Aufnahme des verdünnten Absorptionsmittels (20) aufweist, wobei das
Leitungssystem und/oder andere Elemente des Solarmoduls (28) aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere Kunststoff, bestehen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdampfer (34) mediumsleitend mit mindestens einem Kondensator (44) verbunden ist, wobei der Kondensator (44) mindestens eine Kondensationsstruktur (46) aufweist.
21 . Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Fließrichtung nach dem Verdampfer (34) mindestens ein Tropfenabscheider (42) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) mindestens einen in Fließrichtung nach dem Kondensator (44) angeordneten Wärmetauscher (54) umfasst, wobei zumindest ein Teil des mittels des Kondensators (44) gewonnenen
Wassers im Wärmetauscher (54) durch zumindest einen Teil des durch die Absorptionsstruktur (12) gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels (20) gekühlt wird und das gekühlte Wasser dem Kondensator (44) zur Kühlung und/oder Tränkung der Kondensationsstruktur (46) zugeführt wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks in dem Verdampfer (34) und/oder dem Kondensator (44) umfasst.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) Mittel zur Steuerung eines Förderns, Überführens und der Rückführung des Absorptionsmittels in einem vorbestimmten Zeitintervall zu vorbestimmten Elementen der Vorrichtung (10) umfasst.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Vorrichtung zur Entnahme des desorptierten Wassers aus dem Systemkreislauf umfasst.
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