AUS DER UMGEBUNGSLUFT UND ZUR GEWINNUNG VON TRINKWASSER MITTELS IONISATION

1

Beschreibung

Es ist bekannt, Trinkwasser aus der Umgebungsluft durch Abkühlung der

Umgebungsluft bis unter dem Taupunkt zu gewinnen. Dabei wird die relative

Feuchtigkeit erhöht und folglich kondensiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf.

Die dafür erforderliche Kühlleistung wird dabei von einer Kältemaschine erbracht, wie zum Beispiel in der DE 103 61 930 Al offenbart.

Nachteil dieser Methode ist, dass nicht nur Kühlleistung erforderlich ist für die

Abkühlung der Umgebungsluft, sondern auch für die Abfuhr der freiwerdenden

Kondensationswärme. Die Kondensationswärme ist immens: für z. B. 10 kg Wasser beträgt diese 22,57 MJ. Wird diese Menge innerhalb einer Stunde kondensiert, bedeutet dies eine Leistung von 6,27 kW. Diese Energie muss von der Kältemaschine

abtransportiert werden. Die Kältemaschine muss dementsprechend dimensioniert werden und verbraucht dementsprechend viel Energie.

Zudem ist aus der WO 2015/135749 ein energiefreundliches Verfahren zur Gewinnung von Trinkwasser aus dem in der Umgebungsluft enthaltenen Wasserdampf bekannt, bei dem eine Gaszentrifuge eingesetzt wird. Dieses Verfahren kann jedoch aufgrund der Ausfuhrbeschränkungen für Gaszentrifugen in vielen Ländern nicht eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren zur Anreicherung des in der Umgebungsluft enthaltenen Wasserdampf und zur Trinkwassergewinnung bereitzustellen, das wenig Energie benötigt und in vielen Ländern durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass sich der in der Umgebungsluft enthaltende Wasserdampf an ionisierten Teilchen anlagert und diese in einem Feld, insbesondere einem elektrischen Feld, aufgetrennt werden und dass die für die

Ionisation der Teilchen erforderliche Energie aus der Rekombination der Teilchen am Ende des Verfahrens gewonnen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nur sehr geringe Energiemengen benötigt werden.

Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umgebungsluft ionisiert,

Bestätigungskopie vorzugsweise durch ein elektrisches Feld oder durch kurzwelligere Ultraviolettstrahlung.

Die Umgebungsluft besteht im Allgemeinen unter anderem aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Edelgasen, Wasserdampf.

Es ist bekannt, dass bei der Ionisation von Umgebungsluft Ionen entstehen, die sich aus den Atomen und Molekülen in der Luft bilden. Bei Ionisation von Atomen und Molekülen in der Luft entstehen Elektronen und Ionen, insbesondere positiv geladene Ionen. Die Elektronen können sich wiederum an neutrale Atome und Moleküle anlagern, wie z. B. an Sauerstoffmoleküle, und bilden somit negativ geladene Ionen. Diese Ionen besitzen wenigstens eine Elementarladung und ziehen die Wassermoleküle, die ein Dipolmoment besitzen, an.

Durch die elektrische Anziehung der Wassermoleküle lagern sich die Wassermoleküle an die Ionen an. Es entstehen so Cluster von in der Regel circa 10 bis 20 Wassermolekülen um ein zentrales Ion. Diese Cluster werden nachfolgend als„Kleinionen" bezeichnet und sind geladen.

Die ionisierte Umgebungsluft mit den ionisierten Molekülen und/oder Atomen, an die Wasser angelagert ist (Kleinionen), wird mittels einer Strömungsvorrichtung, vorzugsweise einem Ventilator, durch eine rohr- bzw. kanalförmige Vorrichtung, nachfolgend als„Kanal" bezeichnet, geführt.

Die Strömungsvorrichtung ist gegenüber der ionisierten Umgebungsluft galvanisch isoliert, damit die Kleinionen durch die Strömungsmaschine nicht entladen werden. In dem Kanal entsteht somit eine Strömung der Umgebungsluft mit den darin enthaltenen Kleinionen.

Ein Teilabschnitt des Kanals durchquert ein homogenes elektrisches Feld, das vorzugsweise mit einer Hochspannungsvorrichtung erzeugt wird, deren zwei Pole sich jeweils auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Kanals befinden.

Damit die Kleinionen sich nicht im Kanal entladen, sind die beiden Pole dabei von der Luft galvanisch isoliert, dadurch, dass die Wände des Kanals aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und sich zwischen der ionisierten Umgebungsluft und den Erzeugern des elektrischen Feldes befinden. Die Umgebungsluft mit den darin enthaltenen Kleinionen strömt somit durch das elektrische Feld, wobei die Luftströmung und die Feldlinien des elektrischen Feldes vorzugsweise rechtwinklig zueinander stehen. Durch das elektrische Feld wird eine Bewegung der negativen Kleinionen parallel zu den Feldlinien in Richtung des positiven Pols des elektrischen Feldes bewirkt und eine Bewegung der positiven Kleinionen in Richtung des negativen Pols des elektrischen Feldes. Durch die Bewegung der Luftströmung rechtwinklig zu den Feldlinien des elektrischen Feldes und die Bewegungen der Kleinionen parallel zu den Feldlinien des elektrischen Feldes entsteht eine resultierende Luftströmung rechtwinklig zu den Feldlinien des elektrischen Feldes, wobei die Kleinionen sich im Außenbereich der Luftströmung, d. h., nahe zur Kanalwand bzw. nahe zu den Erzeugern des elektrischen Feldes, befinden und die elektrisch neutralen Atome und Moleküle im Innenbereich der Luftströmung, da die positiv geladenen Kleinionen in Richtung des negativen Pols abgelenkt werden, die negativ geladenen Kleinionen in Richtung des positiven Pols und die neutralen Teilchen überhaupt nicht abgelenkt werden. Somit wird durch das elektrische Feld eine Trennung der positiv und negativ geladenen Kleinionen von den neutralen Teilchen bewirkt.

An der Stelle im Kanal, an der die Luftströmung das elektrische Feld verlässt, sind zwei Öffnungen mit variabler regelbarer Größe einander gegenüber in der Kanalwand vorgesehen. Die Öffnungen können so gegenüber einander in der Kanalwand

angebracht sein, dass eine gedachte gerade Linie von einer Öffnung zur anderen parallel zu den Feldlinien des elektrischen Feldes verläuft.

Durch den vorhandenen Überdruck im Kanal, verursacht durch die

Strömungsvorrichtung, kann ein Teil der Luftströmung den Kanal durch diese Öffnungen verlassen. Da die Kleinionen sich im Außenbereich der Luftströmung, d. h., nahe zur Kanalwand bzw. nahe zu den Erzeugern des elektrischen Feldes, befinden und die Luftströmung an diesen Öffnungen vorbeiströmt, wird die durch die Öffnungen austretende Strömung einen großen Anteil an Kleinionen enthalten. Dabei ist es das Ziel, den Anteil an Kleinionen in dieser durch die Öffnung austretenden Strömung zu maximalisieren, da ein hoher Anteil an Kleinionen durch die Anlagerung der

Wassermoleküle eine hohe relative Luftfeuchtigkeit bedeutet. Durch die austretende Strömung wird somit eine Trennung von Luft mit hoher Luftfeuchtigkeit von trockener Luft bewirkt. Ziel ist es, diese Trennung zu maximalisieren. Deshalb sind die Öffnungen mit variabler regelbarer Größe gestaltet.

Die Größe der Öffnung kann durch ein regelbasiertes Regelsystem gesteuert werden mit dem Ziel, eine möglichst hohe relative Luftfeuchtigkeit in den Strömungen durch die Öffnungen zu erreichen,. Die Regel des regelbasierten Regelsystems lautet: Vergrößere die Öffnung, bis die relative Feuchtigkeit in der durch die Öffnung gehenden Strömung abnimmt. Diese Regel wiederholt sich in regelmäßigen Zeitabständen. Die zweite Regel lautet: Nimmt die relative Luftfeuchtigkeit in der durch die Öffnung gehenden Strömung ab, verkleinere dann die Öffnung, bis die relative Luftfeuchtigkeit wieder zunimmt. Die Regeln gelten für beide Öffnungen. In beiden Öffnungen wird die relative

Luftfeuchtigkeit in der durch die Öffnung gehende Strömung gemessen. Die

Begründungen für die Regel sind : Ist die Öffnung zu groß, befindet sich in der durch die Öffnung gehende Strömung zu viel Luft ohne Kleinionen aus dem Innenbereich der Luftströmung im Kanal, was eine Senkung der relativen Luftfeuchtigkeit bewirkt. Ist die Öffnung zu klein, strömen Kleinionen an der Öffnung vorbei.

Die beiden Ströme, die den Kanal über die beiden Öffnungen verlassen, strömen jeweils durch ein strukturiertes oder unstrukturiertes elektrisch leitfähiges Geflecht. Diese Geflechte sind miteinander galvanisch verbunden. Da die Kleinionen in Kontakt mit den Geflechten kommen und die Geflechte elektrisch leitfähig sind und die elektrischen Ladungen der Kleinionen der beiden Ströme entgegengesetzt sind, findet eine

Rekombination der Kleinionen an bzw. in den Geflechten unter Bildung eines

Entladestroms zwischen den Geflechten statt. In der elektrischen Verbindung zwischen den Geflechten wird ein elektrischer Verbraucher in Reihe geschaltet. Durch diese Schaltung konsumiert dieser elektrische Verbraucher den Entladestrom. Der elektrische Verbraucher ist der Energieversorger für die Einrichtung zur Ionisation der

Umgebungsluft am Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens. Somit wird die bei der Rekombination freigesetzte Rekombinationsenergie als Energiequelle für die Ionisation benutzt. Rekombinationsenergie und Ionisationsenergie sind gleich. Deshalb beschränkt sich die externe Energiezufuhr für die Ionisation höchstens auf dem Ausgleich von Wandlungsverlusten. Dies erklärt der sehr geringe Energieverbrauch des

erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die beiden Ströme werden anschließend zusammengefügt. Das Ergebnis ist ein Strom mit hohem Anteil an Wassermolekülen bzw. mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen werden im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu

entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens.

Der Ventilator 4 bewirkt eine Luftströmung in Richtung der Pfeile und ein Überdruck in Kanal 1. Die angesaugte Umgebungsluft wird in Filtereinheit 2 gefiltert. In Ionisator 3 wird angesaugte Umgebungsluft ionisiert. Im Raum zwischen Ionisator 3 und Ventilator 4 bilden sich die Kleinionen. Die positiv geladene Elektrode 5 bildet zusammen mit der negativ geladenen Elektrode 6 ein elektrisches Feld. Die Feldlinien des elektrischen Feldes verlaufen von 5 nach 6. Die negativ geladenen Kleinionen sammeln sich im Außenbereich der Luftströmung nahe zur Elektrode 5 an. Die positiv geladenen

Kleinionen sammeln sich im Außenbereich der Luftströmung nahe zur Elektrode 6 an. Bedingt durch die Luftströmung in Richtung der Pfeile und den Überdruck in Kanal 1 verlassen die negativ geladenen Kleinionen den Kanal 1 durch Öffnung 7. Bedingt durch die Luftströmung in Richtung der Pfeile und den Überdruck in Kanal 1 verlassen die positiv geladenen Kleinionen den Kanal 1 durch Öffnung 8. An der Stelle 7 wird die relative Feuchtigkeit gemessen. Die Größe der Öffnung 7 wird anhand der gemessenen relativen Feuchtigkeit an der Stelle 7 und eines regelbasierten Regelsystems so gesteuert, dass der Gehalt an Kleinionen an der Stelle 7 maximalisiert wird. Die Größe der Öffnung 8 wird anhand der gemessenen relativen Feuchtigkeit an der Stelle 8 und eines regelbasierten Regelsystems so gesteuert, dass der Gehalt an Kleinionen an der Stelle 8 maximalisiert wird. Die Kleinionen strömen durch das Geflecht 9. Beide Geflechte 9 sind miteinander galvanisch verbunden. In den Geflechten 9 findet eine Rekombination der Kleinionen statt, die ein Entladestrom zwischen beiden Geflechten 9 hervorruft und der vom elektrischen Verbraucher 10 konsumiert wird. Der elektrische Verbraucher 10 ist die Energieversorgung zum Ionisator 3. Die beiden Ströme durch Öffnungen 7 und 8 werden in Strömungsrichtung nach den Geflechten 9

zusammengeführt (nicht dargestellt).