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Title:
METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING WATER FROM AMBIENT AIR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/096898
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for obtaining water from ambient air (14), said method having at least the following steps: bringing the ambient air (14) into contact with at least one liquid absorption agent (16) in order to absorb at least part of the water contained in the ambient air (14); conveying an absorption agent (18) diluted by the absorbed water to a first heat exchanger (20); and transferring the diluted absorption agent (18) into at least one desorption device (30). Water (42) desorbed in the desorption device (30) is conveyed to the first heat exchanger (20), wherein the desorbed water (42) is cooled by means of the first heat exchanger (20) using the diluted absorption agent (18). The invention additionally relates to a device (10) for obtaining water from ambient air (14).

Inventors:
VERPLANCKE, Philippe (Römerstraße 23, Gilching, 82205, DE)
Application Number:
EP2018/081361
Publication Date:
May 23, 2019
Filing Date:
November 15, 2018
Export Citation:
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Assignee:
AQUAHARA TECHNOLOGY GMBH (Römerstraße 23, Gilching, 82205, DE)
International Classes:
B01D53/26; E03B3/28
Domestic Patent References:
WO2009135618A12009-11-12
Foreign References:
US7306654B22007-12-11
DE102013013214A12015-02-12
Other References:
A. ERTAS ET AL: "Properties of a new liquid desiccant solution-Lithium chloride and calcium chloride mixture", SOLAR ENERGY., vol. 49, no. 3, 1 September 1992 (1992-09-01), GB, pages 205 - 212, XP055564485, ISSN: 0038-092X, DOI: 10.1016/0038-092X(92)90073-J
Attorney, Agent or Firm:
ALFONS HOFSTETTER (HOFSTETTER SCHURACK & PARTNER, Patent- und Rechtsanwaltskanzlei PartG mb, Balanstr. 57 München, 81541, DE)
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Claims:
Ansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft (26), wobei das Verfahren zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst:

Zuführen eines durch mindestens einen Verdampfer (34) aus einem verdünnten flüssigen Absorptionsmittel (20) erzeugten Wasserdampfs zu einem Kondensator (52), wobei der Kondensator (52) mindestens einen Wärmetauscher (54) zur Kondensation des Wasserdampfs umfasst;

Fördern mindestens eines Kühlmediums (20, 80) zu dem Wärmetauscher (54); und

Fördern des aus dem Kondensator (52) austretenden und erwärmten Kühlmediums (20, 80) zu mindestens einer Vorrichtung (12, 72) zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums (20, 80) mit der Umgebungsluft (26) zur Kühlung des Kühlmediums (20, 80) mittels der Umgebungsluft (26).

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schritte der Zuführung und des Förderns des Kühlmediums (20, 80) unter Ausbildung eines Kühlkreislaufs mehrfach durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mehrfache Durchführung der Schritte der Zuführung und des Förderns des Kühlmediums (20, 80) in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere tagsüber, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Kühlmediums (20, 80) durch ein Versprühen des Kühlmediums (20, 80) in der Umgebungsluft (26) und/oder mittels eines Hindurchleitens der Umgebungsluft (26) durch die Vorrichtung (12, 72) erfolgt.

5 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium das durch das absorbierte Wasser der Umgebungsluft verdünnte Absorptionsmittel (20) ist, wobei zumindest ein Teil des verdünnten Absorptionsmittels (20) in mindestens einem separaten Fließkreislauf dem Verdampfer (34) mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters (60) zugeführt wird.

6 Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Absorptionsmittel (20) mindestens eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher hygroskopischer Salzlösungen ist. 7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium (80) eine Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck, insbesondere ein Öl, ist. 8 Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium (80) in einem von einem Fließkreislauf des verdünnten Absorptionsmittels (20) separaten Fließkreislauf gefördert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das verdünnte Absorptionsmittel (20) mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters (60) dem Verdampfer (34) zu geführt wird.

10. Verfahren nach einem Ansprüche 5 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass in dem Verdampfer (34) eine Konzentration des verdünnten Absorptionsmittels (20) unter Erhalt eines konzentrierten

Absorptionsmittels (16) erfolgt, wobei das konzentrierte Absorptionsmittel (16) der Vorrichtung (12) zum großflächigen Inkontaktbringen des Absorptionsmittels (16) mit der Umgebungsluft (26) zugeführt wird, wobei die Vorrichtung (12) als Absorptionsstruktur dient.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass das das konzentrierte Absorptionsmittel (16) in dem Vorratsbehälter (60) zwischengespeichert und in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere nachts, der Vorrichtung (12) mit oder ohne

Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium (20, 80) vor dem Fördern zu dem Kondensator (52) in mindestens einen der Vorrichtung (12, 72) nachgelagerten

Zwischenspeicher (64) überführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des desorptierten Wassers in Fließrichtung nach dem Kondensator (52) über mindestens eine geeignete Vorrichtung aus dem Systemkreislauf entnommen wird. 14. Vorrichtung (10) zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft

(26) umfassend

mindestens einen Verdampfer (34) zur Erzeugung von Wasserdampf aus einem verdünnten flüssigen Absorptionsmittel (20); mindestens einen mit dem Verdampfer (34) in Wirkverbindung stehenden Kondensator (52), wobei der Kondensator (52) mindestens einen Wärmetauscher (54) zur Kondensation des Wasserdampfs umfasst;

mindestens eine Fördervorrichtung (66) zum Fördern eines Kühlmediums (20, 80) zu dem Wärmetauscher (54) zur Kühlung des Kondensators (52); und

Mittel zum Fördern des aus dem Kondensator (52) austretenden und erwärmten Kühlmediums (20, 80) zu mindestens einer Vorrichtung (12, 72) zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums (20, 80) mit der Umgebungsluft (26) zur Kühlung des Kühlmediums (20, 80) mittels der Umgebungsluft (26).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium ein durch das absorbierte Wasser der Umgebungsluft (26) verdünntes flüssiges Absorptionsmittel (20) ist und die

Vorrichtung (10) mindestens einen separaten Fließkreislauf zu dem Verdampfer (34) mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters (60) umfasst, wobei zumindest ein Teil des verdünnten Absorptionsmittels (20) dem Verdampfer (34) zugeführt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Absorptionsmittel (20) mindestens eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher hygroskopischer Salzlösungen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium (80) eine Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck, insbesondere ein Öl, ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung (10) mindestens einen von einem Fließkreislauf des verdünnten Absorptionsmittels (20) separaten Fließkreislauf zur

Förderung des Kühlmediums (80) umfasst.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung (10) mindestens einen der Vorrichtung (12, 72) zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums (20, 80) mit der Umgebungsluft (26) nachgelagerten Zwischenspeicher (64) für das Kühlmedium (20, 80) umfasst. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung (10) Mittel zur Steuerung eines Förderns des Kühlmediums (20, 80) in einem vorbestimmten Zeitintervall umfasst. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Vorrichtung zur Entnahme des desorptierten Wassers aus dem Systemkreislauf umfasst. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung (12, 72) zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums (20, 80) mit der Umgebungsluft (26) mindestens eine Sprühdüse und/oder mindestens eine Wabenstruktur und/oder mindestens eine Absorptionsstruktur und/oder mindestens eine

Plattenstruktur umfasst.

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-ben efits). 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.

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. 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 im Leitungssystem nach dem Kondensator angeordnete, separate Kühlvorrichtungen eingesetzt, die wiederum die Anlagenkosten erhöhen.

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: Zuführen eines durch mindestens einen Verdampfer aus einem verdünnten flüssigen Absorptionsmittel erzeugten Wasserdampfs zu einem Kondensator, wobei der Kondensator mindestens einen Wärmetauscher zur Kondensation des Wasserdampfs umfasst; Fördern mindestens eines Kühlmediums zu dem Wärmetauscher und Fördern des aus dem Kondensator austretenden und erwärmten Kühlmediums zu mindestens einer Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft zur Kühlung des Kühlmediums mittels der Umgebungsluft. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist zunächst eine Kühlung des Kondensators ohne zusätzliche separate Kühlvorrichtungen gewährleistet. Zudem wird das erwärmte Kühlmedium wieder der Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft zur Kühlung zugeführt. Dadurch ist das Verfahren einfach und kostengünstig zu betreiben und benötigt einen geringeren Energieeinsatz als bekannte Verfahren. In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte der Zuführung und des Förderns des Kühlmediums unter Ausbildung eines Kühlkreislaufs mehrfach durchgeführt. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die mehrfache Durchführung der Schritte der Zuführung und des Förderns des Kühlmediums in einem vorbestimmten Zeitintervall, insbesondere tagsüber, erfolgt. Dabei kann die Kühlung des Kühlmediums durch ein Versprühen des Kühlmediums in der Umgebungsluft und/oder mittels eines Hindurchleitens der Umgebungsluft durch die eine große Oberfläche aufweisende Vorrichtung, erfolgen.

Unter dem Begriff „Kühlmedium“ wird dabei jegliche Art von Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck verstanden.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Kühlmedium das durch das absorbierte Wasser der Umgebungsluft verdünnte Absorptionsmittel, wobei zumindest ein Teil des verdünnten Absorptionsmittels in mindestens einem separaten Fließkreislauf dem Verdampfer mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters zugeführt wird. Vorteilhafterweise kann mittels einer Lösung sowohl das aus der Umgebungsluft aufgenommene Wasser zu dem Verdampfer geführt werden und andererseits der Kondensator gekühlt werden. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren äußerst kostengünstig betrieben werden. Das flüssige Absorptionsmittel kann dabei mindestens eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher hygroskopischer Salzlösungen sein. 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, handeln. Unter dem Begriff "Fördern" wird ein aktives Fördern beispielsweise mittels mindestens einer Pumpe aber auch ein Fördern mittels Schwerkraft verstanden. Es ist aber auch möglich, dass das Kühlmedium eine Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck, insbesondere ein Öl, ist. Dies hat den Vorteil, dass der innerhalb des Kondensators angeordnete Wärmetauscher auch aus nicht korrosionsbeständigem und damit üblicherweise günstigerem Material bestehen kann. Wird nicht das verdünnte Absorptionsmittel als Kühlmedium verwendet, so wird dies in einem von einem Fließkreislauf des verdünnten Absorptionsmittels separaten Fließkreislauf gefördert wird. Somit können unerwünschte Vermischungen beziehungsweise Verunreinigungen der unterschiedlichen Medien zuverlässig vermieden werden.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das verdünnte Absorptionsmittel mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters dem Verdampfer zugeführt wird. Es besteht dadurch die Möglichkeit, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Förderung zu und eine Aufnahme und Speicherung des aus der Umgebungsluft gewonnenen verdünnten Absorptionsmittels in dem mindestens einen Vorratsbehälter vorsieht. An der Verdampfungsstruktur des Verdampfers erfolgt eine (Auf-) Konzentration des verdünnten Absorptionsmittels unter Erhalt eines konzentrierten Absorptionsmittels, wobei das konzentrierte Absorptionsmittel der mit der Umgebungsluft in Kontakt stehenden Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft - 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 Vorrichtung, die dann als Absorptionsstruktur dient, 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 einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird das Kühlmedium vor dem Fördern zu dem Kondensator in mindestens einen der Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen der Umgebungsluft mit dem Kühlmedium nachgelagerten Zwischenspeicher überführt. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit einer individuellen, insbesondere zeitabhängigen, Steuerung der dem Kondensator zugeführten Mengen des Kühlmediums.

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 der Desorptionsvorrichtung die Wassermenge im System stetig zunimmt. Damit der Wasserkreislauf nicht überläuft, wird zumindest ein Teil dieses desorptierten Wasser kontinuierlich oder zu vorbestimmten Zeitpunkten entnommen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft, wobei die Vorrichtung mindestens einen Verdampfer zur Erzeugung von Wasserdampf aus einem verdünnten Absorptionsmittel, mindestens einen mit dem Verdampfer in Wirkverbindung stehenden Kondensator, wobei der Kondensator mindestens einen Wärmetauscher zur Kondensation des Wasserdampfs umfasst, mindestens eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kühlmediums zu dem Wärmetauscher zur Kühlung des Kondensators und Mittel zum Fördern des aus dem Kondensator austretenden und erwärmten Kühlmediums zu mindestens einer Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft zur Kühlung des Kühlmediums mittels der Umgebungsluft, umfasst. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zunächst eine Kühlung des Kondensators ohne zusätzliche äußere und separat angeordnete Kühlvorrichtungen möglich. Zudem wird das erwärmte Kühlmedium wieder der Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft zur Kühlung zugeführt. Dadurch ergibt sich einerseits ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau der Vorrichtung, die andererseits auch einen relativ niedrigen Energieeinsatz zum Betreiben erfordert. Unter dem Begriff „Kühlmedium“ wird dabei wiederum jegliche Art von Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck verstanden.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Kühlmedium die verdünnte Absorptionslösung, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen separaten Fließkreislauf zu dem Verdampfer mit oder ohne Zwischenschaltung eines Vorratsbehälters aufweist und zumindest ein Teil der verdünnten Absorptionslösung dem Verdampfer zugeführt wird. Die Absorptionslösung kann wiederum mindestens eine hygroskopische Salzlösung oder eine Mischung unterschiedlicher hygroskopischer Salzlösungen sein. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise mittels einer Lösung, nämlich der verdünnten Absorptionslösung, sowohl das aus der Umgebungsluft aufgenommene Wasser zu dem Verdampfer geführt werden und andererseits der Kondensator gekühlt werden. Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung äußerst kostengünstig betrieben 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 dem flüssigen Absorptionsmittel kann es sich zum Beispiel um Lithiumchlorid- Lösungen handeln. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Kühlmedium eine Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck, insbesondere ein Öl, ist. Dies hat wiederum den Vorteil, dass der innerhalb des Kondensators angeordnete Wärmetauscher auch aus nicht-korrosionsbeständigem und damit üblicherweise günstigerem Material bestehen kann. Wird nicht das verdünnte Absorptionsmittel als Kühlmedium verwendet, so umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen von einem Fließkreislauf des verdünnten Absorptionsmittel separaten Fließkreislauf zur Förderung des Kühlmediums. Somit können unerwünschte Vermischungen beziehungsweise Verunreinigungen der unterschiedlichen Medien zuverlässig vermieden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen der Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft nachgelagerten Zwischenspeicher für das Kühlmedium. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit einer individuellen, insbesondere zeitabhängigen, Steuerung der dem Kondensator zugeführten Mengen des Kühlmediums. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung Mittel zur Steuerung eines Förderns des Kühlmediums in einem vorbestimmten Zeitintervall auf. Dadurch kann der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung individuell gesteuert werden und den vor Ort anzutreffenden Parametern angepasst werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen des Kühlmediums mit der Umgebungsluft mindestens eine Sprühdüse und/oder mindestens eine Wabenstruktur und/oder mindestens eine Absorptionsstruktur und/oder mindestens eine Plattenstruktur. Auch andere Strukturen sind denkbar, wobei diese ebenfalls einerseits eine möglichst große Kühloberfläche und/oder Absorptionsoberfläche bereitstellen müssen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Vorrichtung zur Entnahme des desorptierten Wassers aus dem Systemkreislauf. Dabei kann diese Entnahmevorrichtung nach dem Kondensator angeordnet sein. Durch die zumindest teilweise Entnahme des 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. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den

Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. 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

Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und

Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft 26. Die Vorrichtung 10 umfasst in dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Ausbringen eines flüssigen Absorptionsmittels 16 auf eine Absorptionsstruktur 12. Die Absorptionsstruktur 12 stellt in dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel auch eine Vorrichtung zum großflächigen Inkontaktbringen eines Kühlmediums dar, wie weiter unten ausführlich erklärt wird. 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 enthaltenen Wassers erfolgen kann. Die Absorption des Wassers aus der Umgebungsluft 26 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 26 abgegeben wird. Durch die Absorption von Wasser aus der Umgebungsluft 26 wird das flüssige Absorptionsmittel 16 verdünnt und tritt als verdünntes Absorptionsmittel 20 aus der Absorptionsstruktur 12 aus.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Umgebungsluft 26 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 26 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 unter anderem um eine Fördervorrichtung beziehungsweise Pumpe 22 zum Fördern des durch das absorbierte Wasser verdünnten Absorptionsmittels 20 zu einem Verdampfer 34. Man erkennt, dass im Leitungsweg zwischen der Pumpe 22 und dem Verdampfer 34 ein Vorratsbehälter 60 zur Zwischenspeicherung des verdünnten Absorptionsmittels 20 angeordnet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das verdünnte Absorptionsmittel direkt dem Verdampfer 34 zugeführt wird. In Fließrichtung nach dem Vorratsbehälter 60 ist ein Ventil 28 angeordnet.

In dem Verdampfer 34 ist zudem ein Wärmetauscher 36 angeordnet, der flüssigkeitsleitend über ein Leitungssystem 38 mit einem Solarmodul 42 verbunden ist. Auch andere wärmeübertragende Systeme können in dem Verdampfer 34 angeordnet sein. In dem Leitungssystem 38 zirkuliert eine mittels einer Pumpe 40 bewegte Wärmeträgerflüssigkeit. Das Solarmodul 42 weist hierfür ein Leitungssystem auf, welches aus einem idealerweise korrosionsbeständigen Material, insbesondere Kunststoff, bestehen kann. Mittels des Wärmetauschers 36 erfolgen eine Erwärmung und/oder eine Verdampfung von zumindest einem Teil des in dem durch das Solarmodul 42 erwärmten, verdünnten Absorptionsmittel 20 enthaltenen Wassers.

Der Verdampfer 34 ist über ein Leitungssystem 44 flüssigkeitsleitend mit dem Vorratsbehälter 60 verbunden. Der Vorratsbehälter 60 dient auch zur Aufnahme des nunmehr aufkonzentrierten Absorptionsmittels. Hierzu ist der Vorratsbehälter 60 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 und Verdampfer 34 ergibt sich eine hohe Ausbeute an Wasserdampf sowie ein weiter aufkonzentriertes Absorptionsmittel. 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 42 besonders effizient betrieben werden kann. Nachts, das heißt bei üblicherweise niedrigeren Temperaturen kann dann das aufkonzentrierte Absorptionsmittel über eine Pumpe 70 und ein flüssigkeitsleitend zwischen dem Vorratsbehälter 60 und der Absorptionsstruktur 12 angeordnetes Leitungssystem 68 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 48 mediumsleitend mit einem Kondensator 52 verbunden ist. Zwischen dem Verdampfer 34 und dem Kondensator 52 ist zudem ein Tropfenabscheider 50 angeordnet. Der Tropfenabscheider 50 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 52, zuverlässig ab. Der Kondensator 52 umfasst einen Wärmetauscher 54, der zur Kühlung des Kondensators 52 und damit auch zur Steigerung der Kondensation des eingeleiteten Wasserdampfs dient. Auch andere wärmeübertragende Systeme können in dem Kondensator 52 angeordnet sein. Man erkennt, dass der Wärmetauscher 54 mit einem Leitungssystem 62 verbunden ist. Über das Leitungssystem 62 und eine darin angeordnete Pumpe 66 wird das verdünnte Absorptionsmittel 20 zumindest teilweise durch den Wärmetauscher 54 geführt. Nach Austritt aus dem Kondensator 52 wird das verdünnte Absorptionsmittel 20 wieder über die Absorptionsstruktur 12 geleitet. Da die Temperatur des verdünnten Absorptionsmittels 20 deutlich geringer ist als die Temperatur innerhalb des Kondensators 52 erfolgt über den Wärmetauscher 54 eine Kühlung des Kondensators 52. Das nach dem Austritt aus dem Kondensator 52 erwärmte verdünnte Absorptionsmittel 20 wird dann wiederum über die Absorptionsstruktur 12 gekühlt. Zudem besteht die Möglichkeit, dass das Absorptionsmittel 20 weitere Mengen an Wasser aus der Umgebungsluft 26 aufnimmt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor der Pumpe 66 ein Auffangbehälter 64 ausgebildet. Damit können insbesondere die Mengen an verdünntem Absorptionsmittel 20, die dem Kondensator 52 zugeführt werden, geregelt werden. Des Weiteren erkennt man, dass das verdünnte Absorptionsmittel 20 in dem Leitungssystem 62 und der Absorptionsstruktur 12 mehrfach zirkulieren kann. Dies ist in der Figur 1 durch die entsprechenden halbkreisförmigen Pfeile angedeutet.

Dieser Kühlvorgang wird gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorwiegend tagsüber durchgeführt, da hier die Temperaturdifferenz zwischen dem verdünnten Absorptionsmittel 20 und dem durch den Kondensator 52 gewonnenen Wasser am höchsten ist.

Das kondensierte Wasser wird aus dem Kondensator 52 ausgeleitet und in einem nachgeordneten Auffangbehälter 58 aufgenommen. Die Entnahme des Wassers kann über eine Pumpe 56 gesteuert werden. Das so gewonnene Wasser kann aus dem Auffangbehälter 58 mittels geeigneter Vorrichtungen entnommen werden.

Des Weiteren erkennt man, dass innerhalb des Verdampfers 34 sowie innerhalb des Kondensators 52 mittels einer Unterdruckvorrichtung 32 ein Unterdrück zur Unterstützung der Zuführung des verdampften Wassers zu dem Kondensator 52 und zur Unterstützung der Verdampfung des erwärmten, verdünnten Absorptionsmittels 20 vorgesehen ist.

Zudem weist die Vorrichtung 10 Mittel zur Steuerung eines Förderns des flüssigen, verdünnten Absorptionsmittels beziehungsweise des Kühlmediums 20 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 26 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. Beispielsweise besteht die Möglichkeit im Leitungssystem zwischen dem Verdampfer 34 und einem Vorratsbehälter zur Aufnahme und Speicherung des aufkonzentrierten, aus dem Verdampfer kommenden Absorptionsmittels, einen Wärmetauscher anzuordnen. Dieser Wärmetauscher würde dann beispielsweise mit einem weiteren Leitungssystem, welches von einem zweiten Vorratsbehälter zur Aufnahme des relativ kühlen verdünnten Absorptionsmittels ausgeht, in Wirkverbindung stehen (nicht dargestellt). Dadurch ergibt sich einen relativ kostengünstige Methode zur Vorerwärmung des in den Verdampfer einzuleitenden verdünnten Absorptionsmittels.

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.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Gewinnung von Wasser aus einer Umgebungsluft 26 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Vorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist im Prinzip wie die Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Insofern bezeichnen gleiche Bezugszeichen in der Figur 2 die entsprechenden gleichen Merkmale in der Figur 1. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist hier die Vorrichtung 10 zwei getrennte Kreisläufe für ein Kühlmedium 80 und das verdünnte flüssige und das aufkonzentrierte Absorptionsmittel 20, 16 auf. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Kühlmedium 80 ein Öl ist, welches sich nicht mit dem verdünnten Absorptionsmittel 20 vermischen soll. Man erkennt, dass das verdünnte Absorptionsmittel 20 wiederum in einem Auffangsystem 18 gesammelt wird und durch das Besprühen beziehungsweise Hindurchleiten des konzentrierteren flüssigen Absorptionsmittels über die Absorptionsstruktur 12 mit Wasser aus der Umgebungsluft 26 verdünnt wird. Über das Leitungssystem 24 und die darin angeordnete Pumpe 22 wird das verdünnte Absorptionsmittel wiederum unter Zwischenschaltung des Vorratsbehälters 60 dem Verdampfer 34 zugeführt. Über den im Verdampfer 34 ausgebildeten Wärmetauscher 36, der in dem Leitungssystem 38 des Solarmoduls 42 angeordnet ist, wird das verdünnte Absorptionsmittel 20 im Verdampfer 34 erwärmt und verdampft. Das aufkonzentrierte Absorptionsmittel 16 wird wiederum über ein Leitungssystem 44 und eine darin angeordnete Pumpe 46 unter Zwischenschaltung des Vorratsbehälters 60 und dem davon ausgehenden Leitungssystem 68 und der darin angeordneten Pumpe 70 der Absorptionsstruktur 16 zugeführt. Ein zweiter Kreislauf, nämlich ein Kühlkreislauf für den Kondensator 52 wird durch das Leitungssystem 62 und die darin angeordnete Pumpe 66 sowie den in dem Kondensator 52 angeordneten Wärmetauscher 54 gebildet. Man erkennt, dass das Kühlmedium 80 in dem genannten Kreislauf und durch ein Durchfließen des Wärmetauschers 54 zu einer Kühlung des Kondensators 52 verwendet wird. Das Kühlmedium 80, nämlich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Öl, wird über das Leitungssystem 62 wiederum über die Vorrichtung 72 geleitet, wobei in der Vorrichtung 72 das Kühlmedium 80 mittels der Umgebungsluft 26 gekühlt wird. Zur Verstärkung dieses Effekts ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Vorrichtung 72 ein Gebläse 74 angeordnet. Das so gekühlte Kühlmedium 80 wird in einem Auffangbehälter 76 gesammelt und falls notwendig dem Leitungssystem 62 zugeführt. Im Leitungssystem 62 ist wiederum ein Auffangbehälter 64 angeordnet, wobei durch den Auffangbehälter 64 unter anderem die Menge an Kühlmedium 80, welches dem Wärmetauscher 54 zugeführt werden soll, gesteuert werden kann.

Es sei an dieser Stelle klargestellt, dass der Begriff „Wasserdampf“ den gasförmigen Aggregatszustand von Wasser beschreibt und nicht ein Gemisch von Luft und Wassertröpfchen.