Wassergewinnungsvorrichtung und Verfahren zur

Wassergewinnung

Die Erfindung betrifft eine Wassergewinnungsvorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus einem Eingangsluftström, mit einem Sorptionselement zur Sorption von Wasser aus dem

Eingangsluftström und zur Abgabe von Wasser an einen durch die Wassergewinnungsvorrichtung geführten Feuchtluftstrom, wobei das Sorptionselement so angeordnet ist, dass es von dem Eingangsluftström und dem Feuchtluftstrom durchströmt werden kann, mit einer Wärmezufuhreinrichtung zur Erwärmung des FeuchtluftStroms , bevor dieser das Sorptionselement durchströmt, sodass die Abgabe von Wasser an den

Feuchtluftström verbessert wird, und mit einer ersten

Kondensationsstufe, die einen Kondensator zur Gewinnung von Wasser aus dem Feuchtluftström aufweist.

Vorrichtungen und Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einem üblicherweise aus der Umgebungsluft gewonnenen

Eingangsluftström sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbaren beispielsweise die Druckschriften US

7,251,945 B2, US 2013/0186118 AI oder US 2007/0028769 AI jeweils eine Wassergewinnungsvorrichtung mit einem

Sorptionsrad. Einem Abschnitt des Sorptionsrads wird

Umgebungsluft zugeführt. Durch einen Adsorptionsvorgang wird Wasser aus der Umgebungsluft in dem betreffenden

Abschnitt des Sorptionsrads adsorbiert. Das Sorptionsrad dreht sich, sodass das durch den Adsorptionsvorgang an dem Sorptionsrad befindliche Wasser in einen Luftstrom

verbracht wird, der dann getrennt von der Umgebungsluft den mit Wasser angereicherten Abschnitt des Sorptionsrads durchströmt. Der Luftstrom wird zuvor erwärmt, indem der Wassergewinnungsvorrichtung warme Abgasluft zugeführt wird. Der erwärmte Luftstrom durchströmt das Sorptionsrad und entzieht diesem Wasser. Anschließend wird das Wasser durch den Kondensator aus dem Feuchtluftström gewonnen.

Diese Wassergewinnungsvorrichtung weist den Nachteil auf, dass eine Aufnahme von Wasser durch den Kondensator erst erfolgen kann, wenn die Temperatur des Luftstroms eine Taupunkttemperatur unterschreitet. Die Taupunkttemperatur bezeichnet diejenige Temperatur eines Luftgemisches , unterhalb deren Wasser aus dem Luftgemisch an Oberflächen beschlägt. Um mit dem Kondensator das Wasser aus dem

Luftstrom abscheiden zu können muss der warme Luftstrom heruntergekühlt werden, wozu jedoch sehr viel Energie benötigt wird. Zudem muss der Luftstrom vor dem

Durchströmen des Sorptionsrads erwärmt werden, um eine ausreichende Wassermenge aufnehmen zu können. Die Effizienz der Wassergewinnung aus einer Umgebungsluft wird durch die energieintensive Kühlung und Erwärmung des Luftstroms vorgegeben .

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wassergewinnungsvorrichtung bereitzustellen, bei der auf eine energieintensive Kühlung des Luftstroms verzichtet werden kann und dennoch eine möglichst

effiziente Wassergewinnung aus einem Eingangsluftstrom erfolgen kann. Die Aufgabe wird durch die eingangs beschriebene

Wassergewinnungsvorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß so ausgebildet ist, dass sie einen Kompressor zur Verdichtung des FeuchtluftStroms aufweist, der zwischen dem

Sorptionselement und der ersten Kondensationsstufe

angeordnet ist und die absolute Feuchtigkeit des

verdichteten FeuchtluftStroms erhöht.

Durch die Verdichtung des mit dem aus dem Sorptionselement aufgenommenen Wasser beladenen FeuchtluftStroms wird die absolute Feuchtigkeit des FeuchtluftStroms erhöht und dadurch die nachfolgende Wasserentnahme in der ersten

Kondensationsstufe begünstigt. Die absolute Feuchtigkeit des FeuchtluftStroms ist definiert als das Verhältnis der tatsächlich in einer Luftvolumeneinheit enthaltene

Wasserdampfmasse zum Volumen. Die Verdichtung beeinflusst auch die relative Feuchtigkeit des FeuchtluftStroms , die definiert ist als das Verhältnis der absoluten Feuchtigkeit zu der maximalen Luftfeuchtigkeit des FeuchtluftStroms . Weiterhin wird durch die Verdichtung auch die

Taupunkttemperatur des FeuchtluftStroms verändert. Durch eine geeignete Vorgabe der Luftmenge des Feuchtluft Stroms und dessen Verdichtung vor der ersten Kondensationsstufe kann eine sehr energieeffiziente Wassergewinnung aus der Umgebungsluft erreicht werden.

Der Eingangsluftström kann unmittelbar aus der

Umgebungsluft angesaugt werden. Der Eingangsluftström kann auch aus einem Abluftstrom oder aus einem Fortluftström einer Lüftungsanlage oder einer Luftkonditionierungsanlage sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Umgebungsluft oder ein Abluft- bzw. Fortluftström vorab in geeigneter Weise konditioniert wird, bevor der daraus erzeugte

Eingangsluftström der Wassergewinnungsvorrichtung zugeführt wird . Der Feuchtluftström kann auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erwärmt werden, bevor er das Sorptionselement durchströmt. Dies ist vorteilhaft, da der Feuchtluftström mit einer erhöhten Temperatur mehr Wasser von dem

Sorptionselement aufnehmen kann. Bei dem Sorptionselement kann es sich erfindungsgemäß um ein Sorptionsrad handeln. In dem Sorptionsrand kann ein die Adsorption von Wasser begünstigender Feststoff angeordnet sein. Es kann sich aber auch um eine sonstige Einrichtung handeln, die es erlaubt, Wasser aus dem Eingangsluftström aufzunehmen und an den Feuchtluftström abzugeben. So sind beispielsweise

Rieselanlagen bekannt, bei denen eine geeignete Flüssigkeit an einer Oberfläche oder an einer Struktur herunterrieselt und der Eingangsluftström an der Oberfläche oder der

Struktur vorbeiströmt, sodass Wasser aus dem

Eingangsluftström an der herunterrieselnden Flüssigkeit absorbiert wird. Der ebenfalls das Sorptionselement

durchströmende Feuchtluftström nimmt dann sorbiertes Wasser aus dem Sorptionselement auf und transportiert es zu der ersten Kondensationsstufe .

Der Feuchtluftström weist gemäß einer vorteilhaften

Ausgestaltung des Erfindungsgedankens bei dem Durchgang durch das Sorptionselement eine kleinere Luftmassenströmung als der Eingangsluftström auf, vorzugsweise weniger als 50 % und gegebenenfalls weniger als 20 % der

Luftmassenströmung des EingangsluftStroms . Auf diese Weise kann eine höhere relative Feuchtigkeit des Feuchtluftstroms im Vergleich zu der relativen Feuchtigkeit des Eingangsstroms erzielt werden, wodurch die Wassergewinnung begünstigt wird.

Der zwischen dem Sorptionselement und der ersten

Kondensationsstufe angeordnete Kompressor dient dazu, den warmen Feuchtluftström vor der ersten Kondensationsstufe zu verdichten. Bei dem Kompressor kann es sich erfindungsgemäß um einen durch einen Verbrennungsmotor oder um einen durch einen Elektromotor angetriebenen Kompressor handeln. Ein Kompressor kann beispielsweise auch durch aus der

Wassergewinnungsvorrichtung ausgekoppelte Wärmeenergie oder durch Solarenergie betrieben werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet Kompressor beliebige Verdichter, mit denen eine Verdichtung eines Luftstroms bewirkt werden kann. Geeignete Kompressoren sind beispielsweise Rotationsverdichter, insbesondere

Schraubenverdichter oder Turboverdichter. Es können auch zyklisch arbeitende Kompressoren wie beispielsweise

Hubkolbenverdichter eingesetzt werden.

Bei dem Kompressor handelt es sich erfindungsgemäß nicht um ein Gebläse, mit welchem im Wesentlichen eine Luftströmung aufrechterhalten oder verstärkt werden soll und dabei eine geringe Verdichtung als Nebeneffekt bewirkt wird. Im

Unterschied zu herkömmlichen Gebläsen oder Ventilatoren wird mit dem erfindungsgemäßen Kompressor zwischen der Ansaugseite und der Druckseite ein als Druckverhältnis bezeichneter Quotient von Enddruck durch Saugdruck von mehr als 1,3 und vorzugsweise von mehr als 3 erzielt. Es ist mit geeigneten Kompressoren auch möglich, dass ein Druckverhältnis von mehr als 5 erzielt wird.

Aus dem Kompressor tritt der verdichtete Feuchtluft ström aus. Bei der ersten Kondensationsstufe kann durch einen Wärmeübertrager Wärme aus dem Feuchtluftström entzogen und abgeführt werden. Die abgeführte Wärme kann gegebenenfalls an einer anderen Stelle dem Feuchtluftström wieder

zugeführt werden, um den Feuchtluftström beispielsweise vor dem Durchströmen durch das Sorptionselement aufzuheizen. Die erste Kondensationsstufe kann gegebenenfalls sogar Wasser aus dem Feuchtluftström aufnehmen, ohne dass eine energieintensive Kühlung des FeuchtluftStroms auf eine Temperatur deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur erforderlich ist.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist es möglich, dass die erste Kondensationsstufe durch einen Kühlfluidstrom gekühlt wird. Der Kühlfluidstrom kann gegebenenfalls aus der Umgebungsluft gewonnen werden, so dass lediglich eine Strömung erzeugt werden muss und auf eine gesonderte Kühlung mit Hilfe eines Kühlmittels oder zusätzlicher Kühlungsenergie verzichtet werden kann. Der Kühlfluidstrom kann auch ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeübertragungsmedium aufweisen, mit welchem eine

effiziente Kühlung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß kann die Wassergewinnungsvorrichtung mindestens eine Strömungsmaschine aufweisen, die eine

Strömungsbewegung des EingangsluftStroms , des

FeuchtluftStroms und/oder Kühlfluidstroms bewirkt oder unterstützt. Bei der Strömungsmaschine handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um einen Ventilator oder um eine Turbine.

Die Wärmezufuhreinrichtung der Wassergewinnungsvorrichtung kann erfindungsgemäß als eine Heizeinrichtung ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Heizleiter, als eine Verbrennungseinrichtung oder als eine sonstige

Heizeinrichtung ausgeführt sein. Die Heizeinrichtung kann ebenfalls mit Solarenergie betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Heizeinrichtung kann die

Wärmezufuhreinrichtung als ein Zufuhrkanal ausgebildet sein, durch den dem Feuchtluftström Wärme zugeführt werden kann, die beispielsweise an einem anderen Bereich innerhalb der Wassergewinnungsvorrichtung erzeugt und in den

Zufuhrkanal eingekoppelt wird. Die Wärme kann dabei beispielsweise mittels eines Wärmeträgermediums übertragen werden. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass dem

Feuchtluftström extern erzeugte Heizluft oder warme

Abgasluft zugeführt wird. Ferner kann die

Wärmezufuhreinrichtung erfindungsgemäß als ein

Wärmeleitelement ausgebildet sein, das mit einer externen Wärmequelle verbindbar ist. Bei der externen Wärmequelle kann es sich beispielsweise um einen Sonnenkollektor oder um eine sonstige externe Wärmequelle handeln.

Mittels der Wassergewinnungsvorrichtung kann eine stationär betreibbare und/oder eine mobile Wassergewinnung aus der Atmosphäre bzw. aus der Umgebungsluft oder aber aus einem bereits in irgend einer Weise konditionierten Abluft- oder Fortluftström betrieben werden. Insbesondere ist auch eine Wassergewinnung aus der Abluft von Klimaanlagen oder eine Wasserrückgewinnung bei industriellen Prozessen oder eine Entfeuchtung von industriell genutzten Luftströmen möglich. Weiterhin kann eine Minimierung des Wasserverbrauchs bei der Energieerzeugung oder bei wasserverbrauchenden

Verfahren erreicht werden, wie sie beispielsweise bei der Bewässerung in Gewächshäusern eingesetzt werden. Es sind auch andere Anwendungen denkbar, bei denen es auf eine energieeffiziente Wassergewinnung aus einer Luftmenge ankommt .

Es ist besonders bevorzugt, wenn der Feuchtluftström durch die Wassergewinnungsvorrichtung in einem Kreislauf geführt wird. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, dass der

Feuchtluftström in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird. Hierbei wird dem Feuchtluftström kein zusätzlicher Luftstrom von außen zugeführt und der Feuchtluftström kann den geschlossenen Kreislauf nicht verlassen. Dadurch ist eine geeignete und präzise Konditionierung des

FeuchtluftStroms in jedem Abschnitt innerhalb des

geschlossenen Kreislaufs möglich.

Alternativ ist es möglich, dass der Luftstrom in einem offenen Kreislauf geführt wird. Hierbei kann dem

Feuchtluftström ein Luftstrom von außen zugeführt werden oder ein Teil des FeuchtluftStroms aus dem Kreislauf abgezweigt werden. Es ist ebenfalls gemäß einer

Ausgestaltung des Erfindungsgedankens möglich, dass der Feuchtluftström nach einer Wassergewinnung abgeführt und ein neuer Feuchtluftström angesaugt wird.

Vorzugsweise steht die erste Kondensationsstufe mit einem Erwärmungsabschnitt des FeuchtluftStroms vor der Wärmezufuhreinrichtung in wärmeleitfähiger Verbindung, wobei der Erwärmungsabschnitt des FeuchtluftStroms der Wärmezufuhreinrichtung in Strömungsrichtung vorhergeht. Bei der Kondensation von Wasser aus dem Feuchtluftström

entsteht in der ersten Kondensationsstufe

Kondensationswärme . Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass bei einer Kondensation in der ersten Kondensationsstufe die bei einer Abkühlung dem Feuchtluftström entnommene

Kondensationswärme zur erneuten Erwärmung des

FeuchtluftStroms vor dessen Zuführung zu dem

Sorptionselement nutzbar wird. Durch die Zuführung der entstehenden Wärme an den Erwärmungsabschnitt kann der Feuchtluftström vor einer nachfolgenden Durchströmung des Sorptionselements aufgeheizt werden. Folglich lässt sich zumindest ein Teil der zur Kompression und anschließenden Kondensation des FeuchtluftStroms aufgewandten Energie weiternut zen .

Optional kann ferner die erste Kondensationsstufe

zusätzlich gekühlt werden, was den Kondensationsvorgang an dem Kondensator der ersten Kondensationsstufe begünstigt.

Bei dem Erwärmungsabschnitt kann es sich beispielsweise um einen Abschnitt eines Rohrs oder eines Führungskanals handeln, der von dem Feuchtluftström durchströmt wird.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann die erste Kondensationsstufe mit dem Erwärmungsabschnitt unmittelbar in Verbindung stehen, bzw. der

Erwärmungsabschnitt an der Kondensationsstufe vorbeigeführt oder hindurch geführt werden. Die erste Kondensationsstufe kann auch über ein wärmeleitfähiges Element mit dem

Erwärmungsabschnitt wärmeleitfähig verbunden sein. Es ist vorteilhaft, wenn die Wassergewinnungsvorrichtung eine zweite Kondensationsstufe mit einem Kondensator aufweist, wobei die zweite Kondensationsstufe so angeordnet ist, dass der Feuchtluftström sie in Strömungsrichtung nach der ersten Kondensationsstufe durchströmt. Durch die zweite Kondensationsstufe kann erneut Wasser aus dem

Feuchtluftström gewonnen werden, das noch nicht von dem Kondensator der ersten Kondensationsstufe aus dem

Feuchtluftström abgeschieden wurde. Ein weiterer

Kondensationsvorgang ist deshalb möglich, weil der

Feuchtluftström beim Erreichen der zweiten

Kondensationsstufe im Vergleich zu dem Feuchtluftstrom vor der ersten Kondensationsstufe bereits merklich abgekühlt ist, was den Kondensationsvorgang begünstigt.

Es ist erfindungsgemäß möglich, dass die zweite

Kondensationsstufe eine Durchführung für einen

Kühlfluidstrom zur Kühlung der zweiten Kondensationsstufe aufweist, um einen Kondensationsvorgang in der zweiten Kondensationsstufe zu unterstützen. Der Kühlfluidstrom kühlt die zweite Kondensationsstufe . Dadurch tritt auch eine weitere Kühlung des FeuchtluftStroms ein, der zwar von dem Kühlfluidstrom isoliert ist, aber über die zweite Kondensationsstufe indirekt gekühlt wird. Dies wiederum begünstigt den Kondensationsvorgang in der zweiten

Kondensationsstufe . Der Kühlfluidstrom kann vorgekühlte Luft führen. Es kann sich bei der von dem Kühlfluidstrom geführten Luft jedoch auch um ungekühlte Umgebungsluft handeln, sofern die Temperatur des FeuchtluftStroms zu diesem Zeitpunkt noch höher als die Temperatur der

Umgebungsluft ist. Als Kühlfluid kann auch beispielsweise Wasser oder jedes andere geeignete Wärmeträgermedium verwendet werden.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die Wassergewinnungsvorrichtung eine Expansionsmaschine auf, die so angeordnet ist, dass der Feuchtluftström die Expansionsmaschine nach der zweiten Kondensationsstufe durchströmt. Hierdurch wird der Feuchtluftström entspannt. Es ist alternativ jedoch auch möglich, dass in der

Wassergewinnungsvorrichtung keine Expansionsmaschine vorgesehen ist und der verdichtete Feuchtluftström auf eine andere Art und Weise wieder expandieren kann. Falls der Feuchtluftström nicht in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird, kann der verdichtete Feuchtluftström nach der Wassergewinnung auch in verdichtetem Zustand aus der

Wassergewinnungsvorrichtung ausgestoßen werden.

Vorzugsweise weist die Wassergewinnungsvorrichtung eine dritte Kondensationsstufe mit einem Kondensator auf, wobei die dritte Kondensationsstufe so angeordnet ist, dass der Feuchtluftström sie nach der Expansionsmaschine

durchströmt. Bei der Dekompression des Feuchtluftstroms kühlt sich dieser weiter zusätzlich zu der Abkühlung des FeuchtluftStroms in der ersten und in der zweiten

Kondensationsstufe ab. Bei den zugehörigen

Sorptionsvorgängen wurde jeweils Kondensationswärme frei, die an die erste und an die zweite Kondensationsstufe abgegeben wurde. Durch die Expansion des Feuchtluft Stroms vor der dritten Kondensationsstufe steigt dessen relative Feuchtigkeit wieder an, sodass dem Feuchtluftström auch durch die dritte Kondensationsstufe noch in

energieeffizienter Weise Wasser entzogen werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Wassergewinnungsvorrichtung ein Wärmeabgabeelement auf, das so angeordnet ist, dass der Feuchtluftström mit dem Wärmeabgabeelement erwärmt werden kann, nachdem der

Feuchtluftström mindestens eine Kondensationsstufe

durchlaufen hat. In besonders vorteilhafter Weise kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Wärmeabgabeelement mit einem an dem Eingangsluftström in Strömungsrichtung vor dem Sorptionselement angeordneten Wärmeaufnahmeelement

wärmeleitfähig verbunden ist, das so angeordnet ist, dass der Eingangsluftström gekühlt und der Feuchtluftström erwärmt wird. Durch den Eingangsluftström geführtes Wasser kann umso besser durch das Sorptionselement aufgenommen werden, je niedriger die Temperatur des EingangsluftStroms ist. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Eingangsluftstrom gekühlt wird, bevor er das Sorptionselement durchströmt. Eine entsprechende Kühlung kann erfindungsgemäß durch das Wärmeabgabeelement und das Wärmeaufnahmeelement erfolgen, die erfindungsgemäß über ein wärmeleitfähiges Element miteinander verbunden sein können. Bevorzugt ist das

Wärmeabgabeelement in Durchflussrichtung des

FeuchtluftStroms nachfolgend zu der dritten

Kondensationsstufe angeordnet.

Eine besonders energieeffiziente Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen Wassergewinnungsvorrichtung kann dadurch ermöglicht werden, dass der Kompressor und die

Expansionsmaschine miteinander in Wirkverbindung stehen, so dass die bei einer Expansion des verdichteten

FeuchtluftStroms nutzbar werdende Expansionsenergie

energieeffizient zur Verdichtung des FeuchtluftStroms mit dem Kompressor genutzt werden kann. So können beispielsweise der Kompressor und die Expansionsmaschine jeweils eine Turbinenanordnung aufweisen, die durch eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Wassergewinnung aus einem Eingangsluftström, wobei Wasser aus dem Eingangsluftström in einem Sorptionsschritt

sorbiert wird, wobei das Wasser anschließend an einen

Feuchtluftström abgegeben wird, wobei der Feuchtluftstrom vor Abgabe des Wassers an den Feuchtluftström in einem Erwärmungsschritt erwärmt wird, sodass die Abgabe von

Wasser an den Feuchtluftström verbessert wird, und wobei in einem ersten Kondensationsschritt Wasser aus dem

Feuchtluftström gewonnen wird. Erfindungsgemäß wird der Feuchtluftström nach Abgabe des Wassers an den

Feuchtluftström und vor dem ersten Kondensationsschritt mit einem Kompressor verdichtet. Durch die Verdichtung wird auch eine Temperaturerhöhung des FeuchtluftStroms bewirkt, jedoch kann durch die Verdichtung die relative Feuchtigkeit des FeuchtluftStroms stark erhöht werden, sodass bei der Durchströmung der ersten Kondensationsstufe Wasser

abgeschieden werden kann.

Vorzugsweise wird der Feuchtluftström dabei in einem gegebenenfalls geschlossenen Kreislauf geführt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Feuchtluftström in einem offenen Kreislauf zu führen oder vor dem Sorptionsschritt anzusaugen und nach einer Wassergewinnung aus dem

Feuchtluftström wieder abzuführen. Es ist vorteilhaft, wenn bei dem ersten

Kondensationsschritt anfallende Wärme dem Feuchtluftstrom zugeführt wird, unmittelbar bevor der Feuchtluftström bei dem Erwärmungsschritt erwärmt wird, sodass bei dem ersten Kondensationsschritt anfallende Wärme zur Erwärmung des FeuchtluftStroms genutzt wird.

Es wird ferner bevorzugt, wenn aus dem Feuchtluftstrom nach dem ersten Kondensationsschritt in einem zweiten

Kondensationsschritt Wasser gewonnen wird. Es ist

erfindungsgemäß möglich, dass bei dem zweiten

Kondensationsschritt einem dem zweiten Kondensationsschritt zugeordneten Kondensator ein Kühlfluidstrom zugeführt wird, um einen Kondensationsvorgang bei dem zweiten

Kondensationsschritt zu unterstützen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Feuchtluftström nach dem zweiten Kondensationsschritt entspannt. Vorzugsweise wird aus dem Feuchtluftström nach der Entspannung in einem dritten Kondensationsschritt

Wasser gewonnen. Gemäß einer weiteren möglichen

Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein Wärmestrom aus dem Eingangsluftström entnommen und dem Feuchtluftström zugeführt, nachdem der Feuchtluftström mindestens einem Kondensationsschritt unterworfen gewesen ist, sodass der Eingangsluftström gekühlt und der Feuchtluftström erwärmt wird. Bevorzugt wird der Wärmestrom dem Feuchtluftström erst zugeführt, nachdem der Feuchtluftström dem ersten und dem zweiten Kondensationsschritt unterworfen gewesen ist. Ganz besonders bevorzugt wird der Wärmestrom dem

Feuchtluftström erst zugeführt, nachdem der Feuchtluftström dem ersten, dem zweiten und dem dritten

Kondensationsschritt unterworfen gewesen ist.

Gemäß einer optionalen Ausgestaltung des

Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der

Feuchtluftström nach dem zweiten Kondensationsschritt oder gegebenenfalls nach dem dritten Kondensationsschritt abgeführt und ein neuer Feuchtluftström aus dem

Eingangsluftström oder aus einem FeuchtluftStromreservoir angesaugt wird. Nach dem zweiten oder dritten

Kondensationsschritt wurde dem Feuchtluftström bereits ein erheblicher Anteil an mitgeführtem Wasser entnommen und der Feuchtluftström abgekühlt, sodass der Wassergehalt in der Umgebungsluft oder in der für den Eingangsluftström

verwendeten Abluft oder Fortluft von Luftbehandlungsanlagen höher sein kann. Ebenfalls kann die Temperatur der

Umgebungsluft oder der Abluft, bzw. Fortluft höher als die Temperatur des gekühlten FeuchtluftStroms sein. In

Abhängigkeit von den jeweiligen Verfahrensbedingungen kann es dann günstiger sein, die verbrauchte FeuchtluftStrömung abzuführen und einen neuen Feuchtluftström anzusaugen, der anschließend dem Sorptionselement zugeführt und nachfolgend verdichtet wird. Der neu angesaugte Feuchtluftström kann vor einer Zuführung zu dem Sorptionselement zusätzlich erwärmt werden.

Das Verfahren kann mittels der vorangehend beschriebenen Wassergewinnungsvorrichtung durchgeführt werden. Das

Verfahren kann erfindungsgemäß jedoch auch auf sonstige Weise bzw. mit anderen konstruktiven Mitteln oder Apparaten durchgeführt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Wassergewinnungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines

erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs zur Wassergewinnung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abweichend zu Fig. 1 ausgestalteten erfindungsgemäßen

Wassergewinnungsvorrichtung, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer wiederum

abweichend ausgestalteten erfindungsgemäßen

WassergewinnungsVorrichtung .

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Wassergewinnungsvorrichtung 1. Die

Wassergewinnungsvorrichtung 1 weist ein erstes

Durchführungsrohr 2 auf, das einen Eingangsluftström 3 führt, der durch einen Pfeil symbolisiert wird. Der

Eingangsluftström 3 speist sich aus Umgebungsluft 4, die die Wassergewinnungsvorrichtung 1 umgibt. Der

Eingangsluftström 3 könnte abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch beispielsweise aus der Abluft oder Fortluft einer Lüftungsanlage oder

Luftkonditionierungsanlage gespeist werden. Der Eingangsluftström 3 wird innerhalb der

Wassergewinnungsvorrichtung 1 durch einen Abschnitt eines Sorptionsrad 5 hindurchgeführt. Der Eingangsluftström 3 durchströmt das Sorptionsrad 5, wobei eine Adsorption von Wasser aus dem Eingangsluftström 3 an nicht dargestellten Strukturen innerhalb des Sorptionsrads 5 stattfindet. Das Sorptionsrad 5 ist drehbar gelagert und wird durch einen Motor angetrieben. Das Sorptionsrad 5 befindet sich beim Betrieb der Wassergewinnungsvorrichtung 1 in Rotation, sodass der mit adsorbiertem Wasser beladene Abschnitt des Sorptionsrads 5 weitergedreht wird und neue Abschnitte des Sorptionsrads 5 von dem Eingangsluftström 3 durchströmt und mit Wasser beladen werden. An Stelle des Sorptionsrads 5 kann auch eine abweichend ausgebildete

Absorptionseinrichtung oder allgemein eine

Sorptionseinrichtung verwendet werden.

Die Wassergewinnungsvorrichtung 1 weist einen zweiten

Führungskanal 6 auf, der einen Feuchtluftström 7 führt, der ebenfalls durch einen Pfeil symbolisiert wird. Der

Feuchtluftström 7 durchströmt ebenfalls das Sorptionsrad 5, wobei der Eingangsluftström 3 und der Feuchtluftström 7 getrennt voneinander durch das Sorptionsrad 5 geführt werden. Der Feuchtluftström 7 wird dabei derart durch das Sorptionsrad 5 geführt, dass der von dem Eingangsluftstrom 3 bereits durchströmte und mit Wasser beladene Abschnitt des Sorptionsrads 5 das adsorbierte Wasser möglichst vollständig an den dann durchströmenden Feuchtluftström 7 wieder abgibt .

Der Feuchtluftström 7 wird durch eine

Wärmezufuhreinrichtung 8 erwärmt, bevor er das Sorptionsrad 5 durchströmt. Die Wärmezufuhreinrichtung 8 wird durch ein Wärmeübertragungselement 9 und ein Wärmeleitelement 10 gebildet. Das Wärmeleitelement 10 ist mit einer externen Wärmequelle 11 wärmeleitfähig verbunden. Der

Feuchtluftström 7 durchströmt vor dessen Zuführung zu dem Sorptionsrad 5 das Wärmeübertragungselement 9 und kann somit Wärme aus dem Wärmeübertragungselement 9 aufnehmen. Der erwärmte Feuchtluftström 7 durchströmt das Sorptionsrad 5 und nimmt über einen Desorptionsvorgang Wasser aus dem Sorptionsrad 5 auf.

Die Wassergewinnungsvorrichtung 1 weist eine erste

Kondensationsstufe 12 auf, die einen nicht näher

dargestellten Kondensator enthält. Mittels der ersten

Kondensationsstufe 12 kann Wasser aus dem Feuchtluftström 7 gewonnen werden.

Zwischen der ersten Kondensationsstufe 12 und dem

Sorptionsrad 5 ist ein Kompressor 13 angeordnet. Der

Kompressor 13 dient dazu, den Feuchtluftström 7 zu

verdichten. Durch die Verdichtung des FeuchtluftStroms 7 erniedrigt sich die Taupunkttemperatur des mit Wasser beladenen FeuchtluftStroms . Somit kann aus dem

Feuchtluftström 7 in der nachfolgenden ersten

Kondensationsstufe 12 effizient Wasser abgeschieden werden.

Die erste Kondensationsstufe 12 ist wärmeübertragend mit einem Erwärmungsabschnitt 14 des FeuchtluftStroms 7

verbunden, der vor dem Wärmeübertragungselement 9

angeordnet ist. Somit kann der Feuchtluftström 7 zusätzlich erwärmt werden, bevor er das Wärmeübertragungselement 9 durchströmt .

Der zweite Führungskanal 6 führt den Feuchtluftström 7 nach der ersten Kondensationsstufe 12 einer nachfolgend angeordneten zweiten Kondensationsstufe 15 zu. Der zweiten Kondensationsstufe 15 wird zusätzlich ein Kühlfluidstrom 1 durch einen Kühlkanal 17 zugeführt. Der Kühlfluidstrom 16 kühlt die zweite Kondensationsstufe 15, sodass ein

Kondensationsvorgang an der zweiten Kondensationsstufe 15 verbessert wird.

Der zweiten Kondensationsstufe 15 schließen sich eine

Expansionsmaschine 18 und eine dritte Kondensationsstufe 1 an. Durch die Expansionsmaschine 18 wird der

Feuchtluftström 7 entspannt. Hierdurch kühlt der

Feuchtluftström 7 ab, wodurch ein Kondensationsvorgang in der dritten Kondensationsstufe 19 verbessert wird.

Der Feuchtluftström 7 wird durch den zweiten

Führungskanal 6 nach Durchströmung der dritten

Kondensationsstufe 19 einem Wärmeabgabeelement 20 einer Wärmeübertragungseinrichtung zugeführt. Das

Wärmeabgabeelement 20 ist über eine

Wärmetransfereinrichtung 21 mit einem Wärmeaufnahmeelement 22 verbunden, das von dem Eingangsluftström 3 durchströmt wird. Dem einströmenden Eingangsluftström 3 wird von dem Wärmeaufnahmeelement 22 der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme entzogen und der Eingangsluftström 3 dadurch

abgekühlt, während dem Feuchtluftström 7 durch das

Wärmeabgabeelement 20 Wärme zugeführt wird und der

Feuchtluftström 7 dadurch erwärmt wird. Durch die Kühlung des EingangsluftStroms 3 wird die Adsorption von Wasser durch das Sorptionsrad 5 aus dem Eingangsluftström 3 verbessert. Die dabei dem Eingangsluftström 3 entzogene Wärmeenergie wird durch die Wärmeübertragungseinrichtung zur Erwärmung des FeuchtluftStroms 7 vor der erneuten Durchführung durch das Sorptionsrad 5 genutzt.

Der zweite Führungskanal 6 führt den Feuchtluftström 7 innerhalb der Wassergewinnungsvorrichtung 1 in einem geschlossenen Kreislauf.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines

Verfahrens zur Wassergewinnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei wird in einem Sorptionsschritt 23 Wasser aus einem Eingangsluftström 3 sorbiert. Dies kann

erfindungsgemäß mittels eines Sorptionsrads 5 erfolgen. In einem Erwärmungsschritt 24 wird ein Feuchtluftström 7 erwärmt, wozu dem Feuchtluftström 7 erfindungsgemäß Wärme aus einer externen Wärmequelle 11 zugeführt werden kann. Daraufhin wird das sorbierte Wasser an den erwärmten Feuchtluftström 7 in einem Abgabeschritt 25 abgegeben. Anschließend wird der Feuchtluftström 7 in einem

Verdichtungsschritt 26 verdichtet. Dies kann

erfindungsgemäß mittels eines Kompressors 13 erfolgen. Schließlich wird in einem ersten Kondensationsschritt 27 Wasser aus dem Feuchtluftström 7 gewonnen. Erfindungsgemäß kann dies mittels eines Kondensators erfolgen. Nach dem ersten Kondensationsschritt 27 können gegebenenfalls zusätzlich zweite und dritte bzw. weitere

Kondensationsschritte 27 ^' , 27 ^{' '} nacheinander durchlaufen werden .

In Fig. 3 ist exemplarisch eine abweichende Ausgestaltung der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen

Wassergewinnungsvorrichtung 1 gezeigt. Auf die

übereinstimmend ausgestalteten Merkmale wird dabei nachfolgend nicht näher eingegangen. Der Eingangsluftström 3 wird durch eine Kühleinrichtung 28 abgekühlt, die nicht mit weiteren Komponenten der Wassergewinnungsvorrichtung 1 in Verbindung steht. Der Kompressor 13 und die

Expansionsmaschine 18 sind über eine gemeinsame Welle 29 miteinander verbunden, so dass ein energieeffizienter Betrieb des Kompressors und der Expansionsmaschine 18 ermöglicht wird. Es wäre ebenfalls möglich, den Kompressor 13 und die Expansionsmaschine 18 nicht durch eine

mechanische Wirkverbindung miteinander zu verbinden, sondern eine ausschließlich energieübertragende Verbindung vorzusehen .

In Fig. 4 ist exemplarisch eine wiederum abweichende

Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen

Wassergewinnungsvorrichtung 1 gezeigt. Der Feuchtluftström 7 wird dabei im Gegensatz zu den in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispielen nicht in einem

geschlossenen Kreislauf geführt, sondern aus der

Umgebungsluft 4 angesaugt. Der Feuchtluftström 7 könnte auch aus einem Feuchtluftreservoir 30 angesaugt werden, in welchem vorkonditionierte Feuchtluft gesammelt und

bevorratet wird. Der angesaugte Feuchtluftström 7 wird zunächst dem Wärmeabgabeelement 20 der

Wärmeübertragungseinrichtung zugeführt. Dem einströmenden Eingangsluftström 3 wird von dem Wärmeaufnahmeelement 22 der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme entzogen und der Eingangsluftström 3 dadurch abgekühlt, während dem

Feuchtluftström 7 durch das Wärmeabgabeelement 20 Wärme zugeführt wird, sodass der angesaugte Feuchtluftström 7 erwärmt wird. Anschließend wird der Feuchtluftström 7 in dem Erwärmungsabschnitt 14 von der ersten Kondensationsstufe 14 erwärmt, und nachfolgend noch von der Wärmezufuhreinrichtung 8 erwärmt, die von dem

Wärmeübertragungselement 9 und dem Wärmeleitelement 10 gebildet wird, das mit der externen Wärmequelle 11

wärmeleitfähig verbunden ist.

Der derart vorgewärmte Feuchtluftström 7 wird ebenso wie der aus der Umgebungsluft 4 angesaugte Eingangsluft ström 3 durch das Sorptionselement geführt, welches als

Rieselsorptionsanlage 31 ausgebildet ist. In der

Rieselsorptionsanlage 31 rieselt eine

Absorptionsflüssigkeit an einer Rieselstruktur herab. Der an der Rieselstruktur vorbeiströmende Eingangsluftström 3 gibt Wasser an die Absorptionsflüssigkeit ab. Der

Feuchtluftström 7 durchströmt die Rieselsorptionsanlage 31 und nimmt an der herabrieselnden Absorptionsflüssigkeit absorbiertes Wasser auf.

Anschließend wird der Feuchtluftström 7 in dem Kompressor 13 verdichtet, um dann in der ersten Kondensationsstufe 12 Wasser aus dem Feuchtluftström 7 zu entziehen. In der zweiten Kondensationsstufe 15, die durch den Kühlfluidstrom 16 gekühlt wird, wird ebenfalls Wasser dem Feuchtluftström 7 entzogen. Nach einer Expansion des FeuchtluftStroms 7 in der Expansionsmaschine 18 wird in einer dritten

Kondensationsstufe 19 erneut Wasser entzogen. Der

Feuchtluftström 7 wird in den Kondensationsstufen 12, 15 und 19 sukzessive entfeuchtet und abgekühlt. Der in der dritten Kondensationsstufe 19 entfeuchtete Feuchtluftström 7 wird in die Umgebungsluft 4 abgeführt. B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E

I. Wassergewinnungsvorrichtung 2. Erster Führungskanal

3. Eingangsluft ström

4. Umgebungsluft

5. Sorptionsrad

6. Zweiter Führungskanal

7. Feucht luft ström

8. Wärmezufuhreinrichtung

9. Wärmeabgabeelement

10. Wärmeleitelement

II. Externe Wärmequelle

12. Erste Kondensat ionsstufe

13. Kompressor

14. Erwärmungsabschnitt

15. Zweite Kondensat ionsstufe

16. Kühlfluidstrom

17. Kühlkanal

18. Expansionsmaschine

19. Dritte Kondensat ionsstufe

20. Wärmeabgabeelement

21. Wärmetransfereinrichtung

22. Wärmeaufnahmeelement

23. Sorptionsschritt

24. Erwärmungsschritt

25. Abgabeschritt

26. Verdichtungsschritt

27. Erster Kondensat ionsschritt

27 ^' . Zweiter Kondensat ionsschritt 21 ^{' '} . Dritter Kondensat ionsschritt Kühleinrichtung

Welle

Feucht luftreservoir Rieselsorptionsanläge