Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen atmosphärischen Wassergenerator und ein Verfahren zum Erzeugen von Wasser aus Umgebungsluft.

Hintergrund der Erfindung

Atmosphärische Wassergeneratoren generieren aus atmosphärischer Luft Wasser. Mittels Kühlens der Umgebungsluft unter den Taupunkt kondensiert Wasser aus der Umgebungsluft aus und kann für die weitere Verarbeitung z.B. für eine Trinkwasserversorgung eingesetzt werden. Die Entwicklungen von atmosphärischen Wassergeneratoren gehen insbesondere in Richtung Effizienzsteigerung. Dabei ist es äußerst schwierig merkliche Effizienzsteigerungen zu erzielen, sodass verbesserte Konzepte nur gering bessere Wirkungsgrade, sei es bei der Wasserausbeute pro Energiemenge, pro Zeit oder pro Gerätevolumen zu erzielen. Dies bedeutet auch, dass atmosphärische Wassergeneratoren, welche einen instabilen Betrieb aufweisen, einen merklich schlechteren Wirkungsgrad aufweisen.

Atmosphärische Wassergeneratoren werden häufig in wasserarmen Regionen eingesetzt. In wasserarmen Regionen herrschen oftmals trockene und heiße atmosphärische Bedingungen. Insbesondere liegen widrige Umweltbedingungen, z.B. eine hohe Staubbelastung, störende Staubzusammensetzung, z.B. mit ferromagnetischen Partikeln belastete Ansaugluft, oder Betriebsbedingungen, z.B. kurze Stromausfälle oder hohe Außentemperatur, vor. Diese Faktoren wirken sich reduzierend auf die Gesamteffizienz des Systems bei einer Langzeitbetrachtung aus, da es z.B. nach einem Stromausfall eine gewisse Zeit braucht bis die Anlage wieder am optimalen Effizienzpunkt eingeregelt ist oder da jede Regelungsanpassung der Effizienzsteuerung auf einer Störung basiert, welche in der Zeit zwischen Abweichung von einer Sollgröße bis zum Wiedererreichen des Sollzustandes eine reduzierte Effizienz verursacht. Ferner wird die Gesamteffizienz reduziert, da während Reinigungspausen für verschmutzte Technik der Wassergenerator abgeschaltet werden muss und so kein Wasser produziert. Zudem reduziert sich bei höheren Temperaturen der Wirkungsgrad von Systemkomponenten aufgrund von Alterungseffekten und deren Lebensdauer wird vermindert, was wiederum zu einer Serviceabschaltung der Anlage führen kann.

Darstelluno der Erfinduno

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen robusten atmosphärischen Wassergenerator bereitzustellen, welcher einen hohen Wirkungsgrad aufweist und zügig auf einen vorbestimmten Betriebszustand eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem atmosphärischen Wassergenerator sowie einem Verfahren zum Betreiben eines atmosphärischen Wassergenerators gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wassergenerator zum Erzeugen von Wasser aus atmosphärischer Umgebungsluft bereitgestellt, wobei der Wassergenerator insbesondere in einem bevorzugten beispielhaften Betriebspunkt eine Energieeffizienz von weniger als 250 W/Liter Wasserertrag aufweist. Der Wassergenerator weist einen Kältemittelkreislauf zum Erzeugen von Kühlleistung auf. Der Wassergenerator weist ferner einen Ansaugbereich auf, in welchem Umgebungsluft von einer Umgebung ansaugbar ist, wobei der Ansaugbereich eine Wassergewinnungseinheit mit einem Kühlregister aufweist. Das Kühlregister ist mit dem Kältemittelkreislauf derart gekoppelt und eingerichtet, dass mittels der Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs aus der Umgebungsluft, die als Produktluft zumindest teilweise durch das Kühlregister strömbar ist, Wasser und feuchtigkeitsreduzierte Produktluft generierbar ist.

Ferner weist der Wassergenerator einen Technikbereich auf, in welchem Technikkomponenten aufweisend zumindest eine Steuereinheit zum Betreiben des Wassergenerators installiert sind, wobei der Metallanteil der Technikkomponenten im Technikbereich über 500 kg aufweist.

Ferner weist der Wassergenerator einen Ausblasbereich zum Ausblasen der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft in die Umgebung auf.

Ferner weist der Wassergenerator einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels auf, wobei der Verdichter eine maximale Anschlussleistung im Bereich von 70 kW bis 200 kW aufweist. Der Ausblasbereich weist eine Rückkühleinrichtung auf, die mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und eingerichtet ist, unter Abgabe von Abwärme das Kältemittel zu verflüssigen, wobei in dem Ausblasbereich Umgebungsluft aus der Umgebung einströmbar ist.

Der Ansaugbereich, der Technikbereich und der Ausblasbereich sind derart angeordnet, dass zumindest ein Teil der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft von dem Ansaugbereich durch den Technikbereich unter thermischer Kopplung mit zumindest einem Teil der Technikkomponenten in den Ausblasbereich strömbar ist, wobei in dem Ausblasbereich der Teil der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft mit der (insbesondere in den Ausblasbereich einströmenden Umgebungsluft) angesaugten Umgebungsluft mischbar ist und im Anschluss durch die Rückkühleinrichtung zum Abtransport der Abwärme strömbar ist. Die Steuereinheit ist konfiguriert die Produktluft derart zu steuern, dass die relative Luftfeuchtigkeit in der (feuchtigkeitsreduzierten) Produktluft im Technikbereich weniger als 60% beträgt und dass die Temperatur der (feuchtigkeitsreduzierten) Produktluft im Technikbereich kühler als die Umgebungsluft einstellbar ist.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines oben beschriebenen atmosphärischen Wassergenerators zum Erzeugen von Wasser aus atmosphärischer Umgebungsluft beschrieben, wobei der Wassergenerator insbesondere in einem bevorzugten Betriebspunkt eine Energieeffizienz von weniger als 250 W / Liter Wasserertrag aufweist.

Der erfindungsgemäße Wassergenerator weist im Wesentlichen drei Hauptbereiche auf, d.h. den Ansaugbereich, den Technikbereich und den Ausblasbereich. In Strömungsrichtung der Produktluft durch den Wassergenerator sind nachfolgend der Ansaugbereich, der Technikbereich und der Ausblasbereich angeordnet. Die Hauptbereiche können ein gemeinsames Gehäuse ausbilden. Ferner können die Hauptbereiche jeweils eine eigene tragende Struktur bzw. separate Gehäuse aufweisen, die modular miteinander gekoppelt sein können.

In dem Ansaugbereich befindet sich beispielsweise ein Ventilator zum Einsaugen von Umgebungsluft. Die Umgebungsluft wird in den Ansaugbereich als Produktluft eingesaugt und insbesondere in die Wassergewinnungseinheit eingeströmt, in welcher die Produktluft insbesondere unter den Taupunkt abgekühlt wird. Die Kühlleistung wird insbesondere durch ein Kältemittel aus einem Kältemittelkreislauf erzeugt.

Der Kältemittelkreislauf weist insbesondere eine Verdampfungseinheit auf, in welcher das Kältemittel verdampft und somit gekühlt wird. Die Verdampfungseinheit ist dabei direkt mit dem Kühlregister der Wassergewinnungseinheit im Ansaugbereich gekoppelt oder über einen ersten Kältekopplungskreislauf mit dem Kühlregister gekoppelt. Das verdampfte Kältemittel wird weiter zu dem Verdichter weitergeleitet, der den Druck des Kältemittels erhöht und an die Verflüssigungseinheit weiterführt. In der Verflüssigungseinheit wird das Kältemittel mittels Umgebungsluft und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft direkt oder indirekt gekühlt, bis ein flüssiger Zustand des Kältemittels erreicht wird. Die Verflüssigungseinheit ist dabei direkt mit der Rückkühleinrichtung im Ausblasbereich gekoppelt oder über einen zweiten Kältekopplungskreislauf mit der Rückkühleinrichtung gekoppelt. Anschließend wird das Kältemittel einem Expansionsventil zur Reduzierung des Drucks und schließlich wieder zum Verdampfer weitergeleitet.

Das Kältemittel dient zum Transportieren von Enthalpie (Wärmeenergie) direkt von der Wassergewinnungseinheit oder indirekt über den ersten Kältekopplungskreislauf zur Umgebung. Der Kältemittelkreislauf wird insbesondere durch Zuführung von Energie, d. h. durch eine Kompression durch den Verdichter, betrieben. Das Kältemittel kann beispielsweise auf Basis von halogenierten Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise R134a oder R513a, bestehen.

Die Wassergewinnungseinheit weist das Kühlregister auf. Das Kühlregister bildet einen Wärmeübertrager zwischen der von außen einströmenden Umgebungsluft, die als wärmere Produktluft durch das Kühlregister strömt, und der Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs. Damit wird der Taupunkt unterschritten und in dem Kühlregister bzw. einem Tropfenabscheider der Wassergewinnungseinheit der Feuchtegehalt der Produktluft zur Wassererzeugung reduziert.

Mit dem erfindungsgemäßen atmosphärischen Wassergenerator wird insbesondere warme Umgebungsluft im Ansaugbereich angesaugt und als Produktluft mittels eines Kältemittelkreislaufs, der durch das Kältemittel betrieben wird, direkt oder über einen Kältekopplungskreislauf abgekühlt, bis der Taupunkt unterschritten ist und die Luftfeuchte der Produktluft auskondensiert. Die dafür notwendige Kühlenergie wird mittels einer Kältemaschine zur Verfügung gestellt. Die, der Luft entzogene Wärme wird über die Rückkühleinrichtung, und z.B. über die Verflüssigungseinheit zur Verflüssigung des Kältemittels, wieder an die Umgebung abgeführt.

Im Folgenden beschreibt die Umgebungsluft eine, in den Wassergenerator einströmende Luft aus einer Umgebung, die den Wassergenerator (zum Beispiel das Gesamtgehäuse des Wassergenerators) umgibt. Die Produktluft beschreibt die Umgebungsluft, die in den Wassergenerator eingeströmt ist und im Inneren (zum Beispiel im Inneren des Gesamtgehäuses des Wassergenerators) strömt. Nach der Wassergewinnungseinheit ist die Produktluft eine feuchtigkeitsreduzierte Produktluft, da nach der durchströmten Wassergewinnungseinheit Wasser auskondensiert ist und der Feuchtegehalt der Produktluft reduziert ist. In der Wassergewinnungseinheit kann beispielsweise mehr als 50 %, 80 % oder mehr als 90%des Wassergehalts der Produktluft auskondensiert werden. Die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft strömt nach der Wassergewinnungseinheit erfindungsgemäß durch den Technikbereich in den Ausblasbereich. Dabei kann insbesondere ein Teil der Produktluft der Wassergewinnungseinheit zugeführt werden oder der gesamte Volumenstrom der Produktluft der Wassergewinnungseinheit zugeführt werden. Nach der Wassergewinnungseinheit kann ein Teil der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft oder der vollständige Volumenstrom der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft durch den Technikbereich in den Ausblasbereich geleitet werden.

In dem Technikbereich sind mehr als 80 %, mehr als 90 %, insbesondere alle Technikkomponenten des Wassergenerators angeordnet, welche nicht der Luftstromführung dienen (wie. z.B. Rohrleitungen oder Luftkanäle) oder Gebläse sind. Unter dem Begriff Technikkomponente wird im Folgenden eine technische Komponente verstanden, die aktiv, d.h. mechanisch, elektrisch oder magnetisch, zur Steuerung der Leistung des Wassergenerators oder zum Betrieb des Wassergenerators beiträgt oder mechanische Einhausungen und Tragkonstruktionen von solchen. Eine technische Komponente ist insbesondere eine strombetriebene Komponente und/oder weist mechanisch bewegliche Steuerelemente, wie beispielsweise drehbar oder translatorisch bewegliche mechanische Elemente auf. Beispielsweise kann eine technische Komponente ein steuerbares Ventil darstellen. Insbesondere ist die Steuereinheit eine technische Komponente. Ferner kann die Technikkomponente eine Rohrleitung für ein Fluid, beispielsweise der Produktluft oder des Kältemittels darstellen. Insbesondere bestehen Technikkomponenten im Rahmen der vorliegenden Anmeldung aus Komponenten, die teilweise oder vollständig aus einem metallischen Material gebildet sind.

Die Technikkomponenten werden von der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft umströmt und sind somit thermisch gekoppelt. Thermisch gekoppelt bedeutet, dass Wärme von den Technikkomponenten an die gekühlte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft abgegeben wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Gesamtheit der Technikkomponenten in dem Technikbereich einen Metallanteil von über 500 kg auf. Dies bedeutet, dass ein hoher Metallanteil in dem Technikbereich vorliegt, welcher durch die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft gekühlt wird. Aufgrund des hohen Metallanteils speichern die Technikkomponenten Kälte. Dies bedeutet einerseits, dass ein Betrieb bei hoher Temperatur der Technikkomponenten reduziert wird und beispielsweise keine separaten Kühlaggregate in dem Technikbereich installiert werden müssen. Gleichzeitig bedeutet das Speichern der Kälte ebenfalls, dass nach einer störungsbedingten Unterbrechung des Betriebs des Wassergenerators bei der Wiederaufnahme des Betriebs schneller ein optimaler Betriebszustand eingestellt werden kann. Dies liegt darin begründet, dass bei Hochfahren des Wassergenerators zunächst der Kältemittelkreislauf eine schlechte Effizienz aufweist und die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft nur mäßig in der Wassergewinnungseinheit gekühlt wird. Nach Durchströmen des Technikbereichs wird die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft aufgrund der gespeicherten Kälte weiter abgekühlt, sodass diese kühlere Produktluft in dem Ausblasbereich, wo die Rückkühleinrichtung vorliegt, das Kältemittel besser kühlen kann und somit das Kältemittel effizienter gekühlt werden kann, sodass schneller der optimale Betriebszustand nach Wiederaufnahme des Betriebs des Wassergenerators eingestellt werden kann.

In dem Ausblasbereich wird die Rückkühleinrichtung (und in einer beispielhaften Ausführungsform auch die Verflüssigungseinheit des Kältemittelkreislaufs) installiert. Die Rückkühleinrichtung wird von eingeströmter Umgebungsluft und von der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft, die aus dem Technikbereich in den Ausblasbereich strömt, gekühlt. Durch die zusätzliche Kühlung bzw. verringerte Aufwärmung der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft wird die Effizienz der Rückkühleinrichtung und entsprechend der direkt oder indirekt angekoppelten Verflüssigungseinheit und somit des gesamten Kältemittelkreislaufs erhöht. Nach Umströmen der Rückkühleinrichtung wird die Abluft, bestehend aus der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft und der in den Ausblasbereich eingeströmte Umgebungsluft, mittels eines Gebläses ausgeblasen.

Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Wassergenerators der Ausblasbereich durch den Technikbereich von dem Ansaugbereich räumlich getrennt. Somit wird der Ort, an welchem Umgebungsluft für die Wassergewinnungseinheit in den Ansaugbereich angesaugt wird, räumlich von dem Ort distanziert, an welchem im Ausblasbereich die durch die Rückkühleinrichtung erwärmte Abluft ausgeblasen wird. Somit wird eine Mischung der warmen Abluft mit der im Ansaugbereich zugeführten kälteren Umgebungsluft verhindert und eine Effizienzreduzierung vermieden. Bei konventionellen Ansätzen kommt es bei räumlicher Nähe von Luftansaugung im Ansaugbereich und der Ausblasöffnung des Rückkühlers bzw. Verflüssigers im Ausblasbereich zu Kurzschlüssen in der Luftführung. D.h. die warme Fortluft des Rückkühlers mischt sich mit der Umgebungsluft in der Nähe der Ansaugöffnung im Ansaugbereich und heizt die angesaugte Umgebungsluft auf. Somit muss viel Energie investiert werden, um wieder auf die Ausgangstemperatur zu kommen. Bei dem erfindungsgemäßem Wassergenerator befindet sich Einlass im Ansaugbereich nicht unmittelbar an dem Einlass im Ansaugbereich, sondern diametral gegenüber am anderen Ende des Wassergenerators.

Die Leistung des Wassergenerators wird beispielsweise durch die Steuerung des Verdichters zum Verdichten des Kältemittels gesteuert. Wird beispielsweise die Verdichtungsleistung des Verdichters an den optimalen Betriebspunkt des Verdichters angepasst, so kann das Kältemittel effizienter die Produktluft kühlen und entsprechend kann die Menge an erzeugtem Wasser gesteuert werden. Ferner kann die Leistung des Wassergenerators durch den Volumenstrom der im Ansaugbereich eingeströmten Umgebungsluft und/oder durch den Volumenstrom der im Ausblasbereich eingeströmten Umgebungsluft gesteuert werden. Mit dem eingestellten Volumenstrom der Produktluft im Ansaugbereich in die Wassergewinnungseinheit kann die Menge an feuchtigkeitsreduzierter Produktluft eingestellt werden. Die entsprechenden Volumenströme können beispielsweise durch entsprechende Ventilatoren im Ansaugbereich und/oder im Ausblasbereich gesteuert werden.

Erfindungsgemäß ist für den Verdichter des Wassergenerators eine maximale Anschlussleistung von grösser 70kW ausgewählt, da bei kleinerer Anschlussleistung die Zeit zur erstmaligen Abkühlung des Technikbereichs als Kältespeicher zu hoch ist. Bei über 200 kW maximaler Anschlussleistung wird die für den Betrieb benötigte Strömungsmengen der Produktluft derart hoch, dass beispielsweise eine notwendige zuverlässige Gasleckdetektion des Kältemittels kaum möglich ist.

Die Steuereinheit ist insbesondere zum Betreiben des Wassergenerators vorgesehen und in dem Technikbereich installiert. Die Steuereinheit steuert insbesondere den Verdichter. Ferner kann die Steuereinheit die entsprechenden Ventilatoren steuern zum Einstellen der Volumenströme der Produktluft und/oder der einströmenden Umgebungsluft in dem Ausblasbereich. Dabei kann die Steuereinheit ebenfalls eingesetzt werden zur Überwachung der Wasserfilter und Aufbereitung, Steuerung von Pumpen und Ventilen in etwaigen Zwischenkreisen und/oder Steuerung von Sicherheitsfunktionen. Somit kann erfindungsgemäß die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft im Technikbereich eine relative Luftfeuchtigkeit von unter 60% aufweisen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit konfiguriert die Produktluft derart zu steuern, dass die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft im Technikbereich eine relative Luftfeuchtigkeit von unter 50%, insbesondere unter 40%, aufweist.

In dem Wassergenerator können ferner entsprechende Sensoren angeordnet sein, um geeignete Betriebsparameter zu messen. Beispielsweise können in dem Ansaugbereich, dem Technikbereich und/oder dem Ausblasbereich entsprechende Temperatursensoren, Luftdrucksensoren und/oder Luftfeuchtigkeitssensoren vorgesehen werden. Ferner können entsprechende Außensensoren außerhalb des Wassergenerators vorgesehen werden, um beispielsweise die Temperatur, den Luftdruck und die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft zu messen. Die Steuereinheit kann insbesondere mit den innen liegenden Sensoren und/oder den Außensensoren gekoppelt sein, um somit basierend auf den entsprechenden Sensordaten den Verdichter und/oder die Ventilatoren zu steuern und somit einen optimalen Betriebspunkt zur Erzeugung von Wasser in der Wassergewinnungseinheit einzustellen. Die Steuereinheit weist insbesondere einen Prozessor auf und ist konfiguriert Steuerbefehle über eine Datenkoppelung an die Komponenten (z.B. Verdichter, Ventilatoren) zu übermitteln. Ferner ist die Steuereinheit konfiguriert Steuerbefehle über eine interne oder externe Eingabeeinrichtung zu erhalten. Ferner ist die Steuereinheit konfiguriert, mittels einer Steuerungslogik und z.B. einer gekoppelten Datenbank, Steuerbefehle selbsttätig zu generieren. Die Steuereinheit ist ferner an die internen oder externen Sensoren gekoppelt, um basierend auf gemessenen Parametern (z.B. Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit) Steuerbefehle zu generieren.

Die Steuereinheit steuert beispielsweise über die Ventilatoren und Gebläse den Luftdurchsatz aber auch die Kühlleistung über den Verdichter. Durch die Steuerung des Luftdurchsatzes oder der Kältemenge in dem Technikbereich lässt sich auch der Restfeuchtigkeitsgehalt insbesondere die relative Luftfeuchtigkeit in der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft steuern. Eine geeignete Steuerung kann sowohl die maximale rel. Luftfeuchtigkeit in der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft auf 60% begrenzen als auch die Veränderung des Taupunkts steuern, welcher im Innern eines Elektronikschrankes zu einer Kondensatbildung führen würde. Insbesondere lässt sich durch geeignete Steuerungsmechanismen dieser Restfeuchtigkeitswert noch tiefer steuern. So konnten durch geeignete Konfigurationen Werte unter 50% rel. Luftfeuchtigkeit, insbesondere unter 40% rel. Luftfeuchtigkeit erreicht werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wassergenerators lassen sich wie folgt zusammenfassen. Die im Ansaugbereich feuchtigkeitsreduzierte Produktluft wird bei konventionellen Ansätzen als Abluft ins Freie zurückgeblasen oder direkt dem Rückkühler des Kältemittels zugeführt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die feuchte Produktluft in dem Ansaugbereich zuerst gefiltert und allenfalls zum ersten Mal entfeuchtet, dann z.B. über einen Kreuzstromwärmetauscher der Wassergewinnungseinheit geleitet, evtl, ein weiteres Mal entfeuchtet und dann aber durch den gesamten Technikbereich geblasen. Die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft vermischt sich dann im Ausblasbereich mit der Rückkühlluft (Umgebungsluft) und wird durch den Rückkühler (und in einer beispielhaften Ausführungsform auch der Verflüssigungseinheit) wieder nach Außen geblasen.

Diese spezielle Konstruktionsweise bringt folgende Vorteile. Zunächst braucht es keine zusätzliche Abluftführung im Ansaugbereich, da, die normale Aussenhülle des Technikbereichs als Luftführung dient. Dies bringt eine Größen-, Material- und Gewichtsreduktion des Wassergenerators.

Durch den hohen Volumenstrom an durchströmender feuchtigkeitsreduzierter Produktluft werden die Technikkomponenten in dem Technikbereich schnell gekühlt. Dies ist für den Anlauf, insbesondere den Wiederanlauf (z.B. nach einem kurzen Unterbruch der Spannungsversorgung) des Wassergenerators effizient, denn so werden schneller die optimalen Arbeitspunkte des Wassergenerators wieder erreicht. Somit werden große Mengen an Technikkomponenten, d.h. an technischem Material sowie Konstruktionselemente, schnell gekühlt. Von den Technikkomponenten hat ein markanter Teil sowohl eine grosse Wärmekapazität als auch eine gute Wärmeleitung, dass die Technikkomponenten typsicherweise vorwiegend Metalle aufweisen. Dadurch kann der Technikbereich als Kältespeicher genutzt werden, welcher bei kurzen Unterbrechungen der Spannungsversorgung den späteren Wideranlauf derart optimiert, dass durch die verbesserte Temperaturhaltung im Technikbereich die eingeregelten Klappen, Ventile und andere Steuerelemente immer noch in der optimalen (d.h. effizientesten) Betriebsstellung verweilen können.

Ferner kann durch die Zuführung der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft in die Rückkühleinrichtung im Ausblasbereich diese auch von tieferen Temperaturen (gegenüber der Umgebungsluft) der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft profitieren und so effizienter arbeiten. Durch die Zuführung der bereits gereinigten und feuchtigkeitsreduzierten Produktluft in die Rückkühleinrichtung wird dessen externer Zuluft Volumenstrom an Umgebungsluft mengenmäßig reduziert, was sich in einem reduzierten Belegen von z.B. Eingangslamellen mit Schmutzstoffen zeigt (d.h. weniger Betriebsunterbrechungen zur Reinigung). Zusätzlich wird die Energiemenge für den Betrieb der Rückkühlung des Kältemittels reduziert, weil die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft kühler als die externe angesaugte Umgebungsluft ist.

Aufgrund des Durchleitens der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft durch den Technikbereich kann das Material für eine separate Lüftung in dem Technikbereich eingespart werden. Die Produktluft ist nach der Wasserentnahme entfeuchtet und so bietet sich ein grosser Vorteil in Bezug auf die Korrosion von Materialien in dem Technikbereich an. Insbesondere bei Aufstellung in Meeresnähe, wo mit feuchter salzhaltiger Luft zu rechnen ist, bewirkt dies einen wesentlicher Vorteil.

Im Wesentlichen werden die wesentlichen Technikkomponenten vollständig innenliegend in den Technikbereich integriert (d.h. innerhalb des Gehäuses des Wassergenerators) und somit umströmt, sodass alle Technikkomponenten vollständig und gleichmäßig gekühlt werden. Wenn ein aussenliegender Anlagenteil nur auf einer Seite gekühlt werden würde und auf der anderen Seite mit der Aussenluft in Verbindung kommt (z.B. Schaltschrank) kann es auf der Außenluftseite zu Kondensation und Korrosion kommen.

Insbesondere können der Ansaugbereich und der Technikbereich derart ausgebildet werden, dass der Strömungsquerschnitt der Produktluft in dem Ansaugbereich an den Strömungsquerschnitt der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft in dem Technikbereich angepasst bzw. gleich ist, damit die gesamte Produktluft aus dem Ansaugbereich den Technikbereich durchströmen kann und kein übermässiger Druckabfall entsteht, welcher wiederum die Effizienz reduzieren würde.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Kältemittelkreislauf eine Verdampfungseinheit zum Verdampfen des Kältemittels auf. Wie oben beschrieben wird in der Verdampfungseinheit das Kältemittel verdampft, sodass Kühlleistung entsteht, mit welcher die Produktluft, die das Kühlregister und strömt gekühlt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Verdampfungseinheit insbesondere in dem Ansaugbereich angeordnet und mit dem Kälteregister thermisch gekoppelt, um die Kühlleistung des Kältemittels auf das Kälteregister zu übertragen. Die Verdampfungseinheit ist dabei beispielsweise in die Wassergewinnungseinheit integriert, sodass ebenfalls das Kältemittel in den Ansaugbereich zu der Verdampfungseinheit geführt wird.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerators ferner einen ersten Kältekopplungskreislauf auf, welcher mit der Verdampfungseinheit und dem Kälteregister derart thermisch gekoppelt ist, dass ein (erstes) thermisches Trägermittel des ersten Kältekopplungskreislaufs die Kühlleistung des Kältemittels auf das Kälteregister überträgt, wobei die Verdampfungseinheit getrennt von dem Kälteregister, insbesondere in dem Technikbereich, angeordnet ist. Der Kältekopplungskreislauf wird beispielsweise mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mittels Wasser, als thermisches Trägermittel betrieben. Der Kältekopplungskreislauf weist dabei beispielsweise einen Wärmetauscher an der Verdampfungseinheit auf, um die Kühlleistung von dem Kältemittel auf das thermische Trägermittel zu übertragen. Ferner wird ein weiterer Wärmetauscher an der Wassergewinnungseinheit vorgesehen, damit so das thermische Trägermittel die Kühlleistung beispielsweise auf das Kühlregister beträgt, um so die Produktluft unter dem Taupunkt zu kühlen. Somit kann beispielsweise der gesamte Kältemittelkreislauf und seine technischen Komponenten in dem Technikbereich angeordnet werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Kältemittelkreislauf eine Verflüssigungseinheit zum Verflüssigen des Kältemittels auf.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Verflüssigungseinheit insbesondere in dem Ausblasbereich angeordnet und mit der Rückkühleinrichtung thermisch gekoppelt, um die das Kältemittel zu kühlen. Die Verflüssigungseinheit ist dabei beispielsweise in die Rückkühleinrichtung integriert, sodass ebenfalls das Kältemittel in den Ausblasbereich zu der Verflüssigungseinheit geführt wird.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator ferner einen zweite Kältekopplungskreislauf auf, welcher mit der Verflüssigungseinheit und der Rückkühleinrichtung derart thermisch gekoppelt ist, dass ein zweites thermisches Trägermittel des zweiten Kältekopplungskreislaufs eine Kühlleistung des zweiten thermischen Trägermittels auf die Verflüssigungseinheit überträgt, um das Kältemittel zu kühlen. Die Verflüssigungseinheit ist getrennt von der Rückkühleinrichtung, insbesondere in dem Technikbereich, angeordnet. Der zweite Kältekopplungskreislauf wird beispielsweise mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mittels Wasser, als thermisches Trägermittel betrieben. Der Kältekopplungskreislauf weist dabei beispielsweise einen Wärmetauscher an der Verflüssigungseinheit auf, um die Wärme von dem Kältemittel auf das thermische Trägermittel zu übertragen. Ferner wird ein weiterer Wärmetauscher an der Rückkühleinrichtung vorgesehen, damit so das thermische Trägermittel die Wärme beispielsweise auf die Rückkühleinrichtung beträgt, die wiederum von der einströmenden Umgebungsluft und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft gekühlt wird. Somit kann beispielsweise der gesamte Kältemittelkreislauf und seine technischen Komponenten in dem Technikbereich angeordnet werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt die Energieeffizienz bei vorbestimmten Bedingungen unter 250 W / Liter Wasserertrag, bevorzugt unter 200W / Liter Wasserertrag. Diese hohe Effizienz wird insbesondere mit der erfindungsgemäßen baulichen Anordnung des Ansaugbereichs, des Technikbereichs und des Ausblasbereichs und der dadurch erzeugt Trennung der angesaugt Umgebungsluft mit der ausgeblasenen Abluft. Ferner wird diese hohe Effizienz insbesondere dadurch erzielt, indem die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft durch den Technikbereich strömt und im Ausblasbereich eingeströmt sich mit der Umgebungsluft vermischt, um somit eine höhere Kühlkapazität für die Rückkühleinrichtung bzw. der angekoppelten Verflüssigungseinheit zu erzielen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Länge des Technikbereichs über 1 m, insbesondere über 2 m, weiters insbesondere über 3 m. Somit ist der Auslass der feuchtigkeitsreduzierten Luft im Ausblasbereich um die Länge des Technikbereich zusätzlich weiter von der Ansaugung im Ansaugbereich entfernt, wodurch das Risiko der Ansaugung an erwärmter, ausgeblasener Abluft reduziert wird.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Volumenstrom der Produktluft konstant. Der konstante Volumenstrom wird insbesondere durch Steuerung der Ventilatoren durch die Steuereinheit eingestellt. Der Volumenstrom durch den Technikbereich kann dabei erfindungsgemäß insbesondere zwischen 10.000 m ³ /h und 30.000 m ³ /h einstellbar sein. Dies wird auch insbesondere systemkonzeptionell durch die spezielle Anordnung und Strömungsquerschnitte des Ansaugbereichs, des Technikbereichs und des Ausblasbereichs erzielt. Aufgrund dieses konstanten Volumenstroms wird das Risiko der Kondensatbildungen oder der thermischen Alterung der Technikkomponenten reduziert (z.B. durch Betreiben des entsprechenden Gebläses mit einer fixen Leistung, bzw. fixen Drehzahl). So wird erreicht, dass der Volumenstrom der Produktluft im eingeschwungenen Zustand weitgehend konstant ist. Durch die eingestellten erfindungsgemäßen Volumenströme führen Änderungen der Durchströmungsgeschwindigkeit beispielsweise im Technikbereich zur Verlagerung von kleinen Wirbeln, welche sich um Störungen herum bilden (z.B. Leitungen). Gerade diese lokalen Verschiebungen von Strömungen kann die Wärmeaufnahme einer nachfolgenden Technikkomponente dahingehend verändern, dass bei einem bestimmten durchströmten Ort in dem Technikbereich sehr gut Wärme aufgenommen wird und bei einem anderen Ort dafür sehr schlecht Wärme aufgenommen wird. Dies führt dann zu einer unerwartet starken Temperaturschwankung in der erwähnten Technikkomponente, was wiederum entweder zu einer Kondensatbildung oder zu einer vermehrten Alterung (Pendeltemperaturen) führen kann. Die Effizienz und Arbeitspunkt kann erfindungsgemäß dann über die dem Verdichter und dem Rückkühler (Verflüssigungseinheit) zugeführte elektrische Leistung, sowie durch die Wärmeträgermitteldynamik und Luftführung im Innern der Anlage gesteuert werden.

Der so eingestellte erfindungsgemäße grosse Volumenstrom verhindert auch Staubablagerungen insbesondere Agglomerationen von Staubpartikeln im Technikbereich.

Durch den hohen Volumenstrom durch den Ansaugbereich und den Technikbereich und die daraus resultierenden strömungstechnischen Widerstände ergibt sich in diesen beiden Bereichen ein Überdruck, der gegebenenfalls über dem Umgebungsdruck liegt. Dies verhindert bzw. erschwert auch das Eindringen von Fremdköpern wie Staub oder Regen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft im Technikbereich derart einstellbar, dass die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft um mehr als 2 °C, insbesondere um mehr als 4 °C, insbesondere um mehr als 5 °C, insbesondere um mehr als 7 °C kühler ist als die Umgebungsluft. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft im Technikbereich derart einstellbar, dass die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft weniger als 10 °C, insbesondere weniger als 8 °C, insbesondere weniger als 7 °C kühler ist als die Umgebungsluft. Insbesondere kann die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft auch weniger als 5 °C, weniger als 3 °C oder gar 1 °C Grad Celsius kühler als die Umgebungsluft eingestellt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemäßen Wassergenerator beispielsweise zwischen 2 °C und 10 °C, insbesondere zwischen 4 °C und 8 °C, weiter insbesondere zwischen 5 °C und 7 °C kühler eingestellt als die Umgebungsluft.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit konfiguriert die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft derart zu steuern, dass eine Temperaturerhöhung der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft während des Durchströmens des Technikbereichs weniger als 3 °C, insbesondere weniger als 2 °C, weiter insbesondere weniger als 1 °C beträgt.

Die Temperatur der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft ist mit der Steuereinheit insbesondere über den Luftstrom der Umgebungsluft in den Ansaugbereich sowie durch die Verdichterleistung des Kältemittelkreislaufes einstellbar.

Die Wassergewinnungseinheit in dem Ansaugbereich weist einen ersten Wärmetauscher auf, der beispielsweise mit dem thermischen Trägermittels des ersten Kältekopplungskreislaufs und andererseits durch die erwärmte eingesaugte Produktluft gespeist wird, sodass die Produktluft gekühlt wird. In einem Kondensator bzw. Tropfenabscheider der Wassergewinnungseinheit wird die relative Luftfeuchtigkeit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft auf zum Beispiel unter 40 % reduziert. Die so stark gekühlte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft wird anschließend in einem zweiten Wärmetauscher zugeführt. Die eingesaugte Produktluft nach Eintritt in den Ansaugbereich strömt ebenfalls direkt in den zweiten Wärmetauscher. Somit kühlt die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft aus der Wassergewinnungseinheit die eingesaugte Produktluft vor und wird selbst erneut erwärmt. Die somit bereits vorgekühlte eingesaugte Produktluft wird über einen zweiten Tropfenabscheider dem ersten Wärmetauscher zugeführt. Die erwärmte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft weist bei Einströmen in den Technikbereich dann eine niedrigere Temperatur im Vergleich zu der Umgebungsluft auf und kann zu einem moderaten Kühlen der Technikkomponenten im Technikbereich eingesetzt werden, ohne dass ein Risiko der Auskondensierung an den Technikkomponenten besteht.

In der folgenden Tabelle wird jeweils die Temperatur der Produktluft sowie die relative Luftfeuchtigkeit in Bezug auf den Taupunkt (temperaturabhängig) angegeben. Mit dem erfindungsgemäßen Wassergenerator können somit die folgenden Werte erzielt werden. In der ersten Spalte werden die Temperatur und der relative Feuchtigkeitsgehalt angegeben. In der zweiten Spalte wird der Zustand der Produktluft nach dem ersten Wärmetauscher angegeben. Die dort eingestellte Temperatur ist die Temperatur am Taupunkt. Am Taupunkt beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 % und die Luft ist mit Wasserdampf (gerade) gesättigt. In der dritten Spalte wird die Temperatur der Produktluft nach dem zweiten Wärmetauscher dargestellt. Zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem ersten Wärmetauscher befinden sich jeweils Tropfenabscheider, die das auskondensierte Wasser sammeln. Die vierte Spalte zeigt die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft vor Eintritt in den Technikbereich. Wie in den, in den Zeilen dargestellten Beispielen für verschiedene Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten der Außenluft dargestellt, ist die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft vor dem Einströmen in den Technikbereich im Vergleich zu der Umgebungsluft moderat gekühlt und stark entfeuchtet.

Dies zeigt, dass durch die erfindungsgemäße Lösung die Temperatur der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft unter der Umgebungstemperatur gehalten werden kann, was bei deren Verwendung im Technikbereich insbesondere in Anbetracht des hohen Volumenstroms eine Kühlung der Technikkomponenten ermöglicht, anstelle einer reinen herkömmlichen Lüftung. Erfindungsgemäß wird dabei nicht zu weit herabgekühlt, da sonst bei einer Unterbrechung des Betriebs des Wassergenerators Kondensat im Technikbereich entstehen kann. Erfindungsgemäß kann eine Temperaturabsenkung von 2 °C bis 7 °C unter dem Außentemperaturniveau eingestellt werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei einer Temperaturabsenkung unter 10 °C, 8 °C, oder z.B. unter 7 °C die Effizienz der Wassergewinnung sich verschlechtert. Dabei wird es durch die entsprechenden Realisierungsformen des erfindungsgemäßen Wassergenerators dennoch möglich, eine verminderte Energieeffizienz im eingependelten Zustand zu vermeiden. Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Wassergenerators ist es so möglich den Luftstrom im Technikbereich von mehr als 2 °C, insbesondere mehr als 4 °C oder 5 °C Grad unter der Umgebungstemperatur zu halten.

Damit im Technikbereich möglichst wenig Wärme abgeführt werden muss, ist natürlich auch die Auswahl von Komponenten relevant. So lässt sich zum Beispiel bei der Verwendung von Magnetlagern des Verdichters des Kältemittelkreislaufes ein kühlerer Betrieb aufgrund geringerer Reibung Wärme ermöglicht werden. Bei der Verwendung von Magnetlagern für Verdichter Wellen schwebt die Welle des Rotors in einem Magnetfeld, sodass kaum Reibung und entsprechende Wärme entsteht.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beträgt ein Luftwechsel im Technikbereich gegenüber dem Innenvolumen des Technikbereichs mehr als das 200-fache, insbesondere mehr als das 500-fache, insbesondere mehr als das 1000-fache des Innenvolumens des Technikbereichs pro Stunde. Erfindungsgemäß kann somit eine hohe Kühl-Leistung ermöglicht werden, wenn der Luftwechsel im Technikbereich gegenüber dessen Innenvolumen genügend hoch ist. Gute Ergebnisse werden insbesondere erreicht, wenn der Luftwechsel mehr als das 200 fache, bevorzugt mehr als das 500 fache, insbesondere mehr als das 1000 fache des Innenvolumens des Technikbereichs beträgt. Die sich durch diese hohe Luftwechselrate einstellende hohe Luftgeschwindigkeit sorgt dafür, dass im Technikbereich eine einheitliche Temperatur insbesondere der Technikkomponenten einstellt, welche dadurch insbesondere auch mechanische Spannungen unter den Technikkomponenten reduziert. Bei tieferen Luftwechselraten kann durch die Abwärme der Technikkomponenten des Technikbereichs ein größeres Temperaturgefälle zwischen dem Lufteintritt und dem Luftaustritt im Technikbereich entstehen. Mit den hohen erfindungsgemäßen Luftwechselraten wurden Temperaturerhöhungen der den Technikbereich durchströmenden feuchtigkeitsreduzierten Produktluft von weniger als 3 °C, insbesondere weniger als 2 °C, bevorzugt weniger als 1 °C erreicht.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beträgt der Metallanteil im Technikbereich über 1000 kg, insbesondere über 2000kg, weiter insbesondere über 3000 kg. Konstruktionsmetalle haben im Allgemeinen eine gute Wärmeleitung von über 20 W/m*K und weisen eine Wärmekapazität von über 200 J/kg*K auf. Sie sind somit sehr gut nebst ihrer Funktion als Konstruktionsmetall auch für die Kältespeicherung geeignet und werden durch das erfindungsgemäße Kältespeichersystem dafür utilisiert.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator eine Filtereinheit zum Filtern der Produktluft auf, wobei die Filtereinheit derart konfiguriert ist, dass mehr als 60% aller Partikel mit einer Größe von 0,3 pm bis 1 pm aus der durch den Technikbereich strömenden Produktluft herausfilterbar sind. Die Filtereinheit ist insbesondere am Eingangsbereich des Ansaugbereichs angeordnet, sodass die Filtereinheit die in den Ansaugbereich einströmende Umgebungsluft filtert. Eine weitere Filtereinheit kann beispielsweise am Lufteingang der Umgebungsluft im Ausblassbereich vorgesehen werden.

Durch die Filterung des Luftstroms der Umgebungsluft wird eine weniger häufige Reinigung ermöglicht, was die Betriebszeit erhöht und so die Jahreseffizienz verbessert. Die für Technikkomponenten im Technikbereich benutzen Metalle haben häufig auch einen hohen Anteil an ferromagnetischen Partikeln (z.B. einfache Schrauben, Stahl, usw.). Während der normale Staub durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit im Technikbereich gut via dem Ausblasbereich wieder nach Aussen transportiert wird, können sich ferri- oder ferromagnetische Partikel in der Zuluft an ferromagnetisches Konstruktionsmaterial im Technikbereich anlagern, sich dort akkumulieren und dann also grössere Strukturen von der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft wieder mitgerissen werden und entweder elektrische, mechanische oder magnetische Probleme verursachen. Dem wird in der erfindungsmässigen Lösung durch besonders gute Filterung der Produktluft begegnet. So haben sich insbesondere Filtereinheiten mit der Spezifikation ISO Rating 16890 ePMl 60% 54,6m ² als geeignet herausgestellt. Das heißt mittels der Filtereinheit wird eine Abreicherung der Umgebungsluft erzielt, bei welcher über 60% aller Partikel mit einer Größe von 0,3 pm bis 1 pm abgeschieden werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator einen Gaslecksensor zum Bestimmen eines Anteils des Kältemittels in der Produktluft auf, wobei der Gaslecksensor in dem Technikbereich angeordnet ist. Der Gaslecksensor weist zur Bestimmung des Kältemittels eine Empfindlichkeit von über 20 ppm (parts per million) des Kältemittels in der Produktluft auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Gaslecksensor ist eine Detektion von Gaslecks im Kältemittelkreislauf möglich, obwohl nur minimalen Gasmengen einer kleinen Leckstelle sich mit den grossen Mengen der Produktluft durchmischen.

Für die Gaslecküberwachung des Kältemittels wird der erfindungsgemäß empfindliche Gaslecksensor verwendet. Dieser gleicht die durch den hohen Volumenstrom erfolgende extreme Verdünnung austretender Gase des Kältemittels wieder aus. Zusätzlich wird der Gaslecksensor derart montiert, dass er möglichen Leckstellen in der Durchströmung nachgelagert ist. Bezogen auf einen wahrscheinlichen Strömungsweg des ausgetretenen Kältemittels durch den Technikbereich liegt der Gaslecksensor näher am Ausblasbereich als am Ansaugbereich. Insbesondere ist der Gaslecksensor am Ende des Technikbereichs im Übergang zum Ausblasbereich angeordnet. Die erfindungsgemäße Empfindlichkeit des Gaslecksensors und gleichzeitig der hohe Volumenstrom im Technikbereich ermöglicht eine ideales Wechselspiel aus Detektion von Leckagen aber so auch eine zusätzliche Störsicherheit, denn während bei einer normalen Lüftung mit der Produktluft bereits bestimmter Umwelteinfluss auf die Umgebungsluft den Sensoralarmwert triggern kann, braucht es bei der erfindungsgemässen Lösung eine unübliche großmengig kontaminierte Umgebungsluft zur Auslösung eines Fehlalarms.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator einen Neigungssensor auf. Der Neigungssensor ist konfiguriert, eine horizontale Ausrichtung des Wassergenerators zu bestimmen, wobei insbesondere die Steuereinheit derart konfiguriert ist, bei einer vorbestimmten Abweichung des Wassergenerators von der horizontalen Ausrichtung einen Betrieb des Wassergenerators zu stoppen. Wenn der Wassergenerator nicht genügend horizontal ausgerichtet aufgestellt ist, verhindert die Steuereinheit als Sicherheitseinrichtung z.B. den Betrieb des Wassergenerators. Bei einer nicht horizontalen Aufstellung des Wassergenerators besteht das Risiko, dass sich allfälliges Kondenswasser (z.B. an einer Kältemittelleitung) in einer Ecke des Technikbereichs sammelt, wo es nur sehr schwer wieder verdunsten kann. Bei horizontaler Ausrichtung dient der Boden des Wassergenerators als großflächige Verdunstungszone und verhindert so akkumulierende Tropfwasseransammlungen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Höhe zumindest des Ansaugbereichs, des Technikbereichs und/oder des Ausblasbereichs kleiner als 2,7 m, insbesondere kleiner als 2,4 m oder als 2 m. Die Breite des Ansaugbereichs, des Technikbereichs und/oder des Ausblasbereichs kleiner als 2,4 bzw. 2,35 m, insbesondere kleiner als 2m ist.

Somit kann der Wassergenerator in einen Eurocontainer (z.B. in einen 40-Fuß („High Cube") Container) geschoben werden kann. Bei dem Wassergenerator sind die Abmessungen in der ganzen Kontur genügend klein, dass das Innenmaß eines Eurocontainers überall grösser ist. Dabei hilft die erfindungsgemäße Lösung dahingehend, dass die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft durch den gesamten Wassergenerator, d.h. durch den gesamten Technikbereich bis in den Ansaugbereich geführt wird und gemeinsam mit der dort vorliegenden Abluft ausgeblasen wird. Es sind somit keine externen Rohrleitungen etc. notwendig. Zusätzlich bildet der große innere freie Strömungsquerschnitt in Technikbereich keine große Dämpfung des Volumenstroms und dadurch keinen großen Druckverlust, was sich wiederum in kleinerer benötigter Antriebsleistung der Gebläse niederschlägt. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator einen Wassertank auf, welcher mit der Wassergewinnungseinheit derart gekoppelt ist, das gewonnenes Wasser von der Wassergewinnungseinheit in dem Wassertank speicherbar ist, wobei der Wassertank insbesondere in dem Technikbereich angeordnet ist. Der Wassertank weist eine Wasserspeichervolumen von mehr als 300 Liter, insbesondere über 800 Liter, auf.

Durch die Anordnung des Wassertanks im Technikbereich entsteht ein doppelter Nutzen in Zusammenhang mit der hohen Durchströmung der kühleren feuchtigkeitsreduzierten Produktluft als z.B. bei einer Umströmung mit warmer Umgebungsluft. Zum einen wirkt das Wasser als zusätzlicher Kältespeicher für die erfindungsgemäße Speicherung von möglichst viel Kälte für Unterbruchs- und Betriebsstabilität, zum anderen kann das Wasser bis zur Entnahme kühl gelagert werden. Beim Vorhandensein einer Hilfsenergie kann auch zusätzlich mittels einer Entnahmepumpe die Wasserentnahme in Momenten des Ausfalls der Hauptversorgung sichergestellt werden. Ab Wasserspeichergrößen von 300 Litern sind Effizienz- oder Betriebsrobustheitsverbesserungen gut feststellbar.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator eine Wasserpumpe auf, welche mit dem Wassertank derart gekoppelt ist, dass das Wasser aus dem Wassertank auspumpbar ist. Die Wasserpumpe ist insbesondere mit einem Hilfsenergiesystem, insbesondere mit einem Photovoltaik betriebenen Hilfsenergiesystem, weiter insbesondere mit einem Speicher für elektrische Energie, betreibbar.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator ein Hilfsenergiesystem auf, welches konfiguriert ist, zumindest die Steuereinheit während eines kurzen Stromausfalls mittels Hilfsenergie zu versorgen, wobei das Hilfsenergiesystem insbesondere eine Photovoltaikanlage und/oder einen aufladbaren Speicher für elektrische Energie (Stromspeicher), der insbesondere von der Photovoltaikanlage aufladbar ist, aufweist.

Insbesondere im Technikbereich kann der Stromspeicher untergebracht werden. Dieser Stromspeicher (Akku) kann bei der Überbrückung von Stromausfällen für die elektronischen Komponenten, wie die Steuereinheit, eingesetzt werden. Mechanische Technikkomponenten, wie z.B. der Lüfter oder der Verdichter, können bei einem sehr kurzen Stromausfall durch ihr inhärentes Trägheitsmoment diesen überbrücken, die benötigte Steuerelektronik (Steuereinheit) aber nicht unbedingt. Ferner kann der Stromspeicher als Zwischenspeicherung von Solarenergie oder für die Nachtüberbrückung von Kommunikation im Offlinemodus des Wassergenerators dienen. Die erfindungsgemäße hohe Volumenströmung der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft kann diesen Stromspeicher im Technikbereich umströmen, insbesondere mit einer Produktlufttemperatur die kühler ist als die Außenluft und so sowohl Eigenerwärmungen des Stromspeichers als auch hohen Außenlufttemperaturen entgegenwirken, so dass sich hohe Stromspeichertemperaturen gar nicht erst einstellen. Dies wirkt sich u.a. positiv auf die Lebensdauer des Stromspeichers aus.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, weist die Photovoltaikanlage Solarzellen auf, welche auf dem Dach eines Gehäuses des Wassergenerators, insbesondere dem Dach des Technikbereichs angeordnet sind, wobei die Solarzellen thermisch mit dem Dach des Gehäuses gekoppelt sind. Thermisch gekoppelt bedeutet, dass eine Wärmeleitung zwischen den Solarzellen und dem Gehäuse des Wassergenerator besteht und Wärmeenergie ausgetauscht werden kann. Dabei sind diese Solarzellen beispielsweise wärmeleitend (zumindest teilweise) mit dem Technikbereich verbunden. Dies erlaubt eine Temperaturreduktion, allenfalls sogar eine Kühlung von zumindest den dem Technikbereich naheliegenden Solarzellen. Bei einer tieferen Temperatur ist der Wirkungsgrad von Solarzellen höher, was wiederum zur Gesamteffizienz des Systems beiträgt.

Das Hilfsenergiesystem kann somit wie in den obigen Abschnitten erläutert einen aufladbaren Stromspeicher oder eine Photovoltaikanlage sein. Alternativ sind auch lokale kleine Energiequellen insbesondere kleine Generatoren oder Brennstoffzellen möglich. Diese Hilfsenergie reicht nicht um die großen Lüfter oder den Verdichter zu betreiben, aber sie können während der Ausfallzeit der Hauptenergieversorgung die Kommunikation aufrecht erhalten, die Steuerung mit Strom versorgen, Überwachungsanlangen versorgen, die Stellglieder der Produktluftsteuerung unter Spannung und Referenzposition halten, sowie bei der Verwendung von ölhaltigen Verdichtern eine allenfalls benötigte Carterheizung betreiben, so dass bei der Wiederkehr der Hauptversorgung schnell mit der Wasserproduktion gestartet werden kann. Dies erlaubt zusammen mit der Kältehaltung in dem Technikbereich einen sehr schnellen Wiederanlauf nach einer Störung des Betriebs und zwar bei einem Arbeitspunkt mit hoher Effizienz.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Verdichter im Technikbereich angeordnet, wobei der Verdichter insbesondere mit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft thermisch gekoppelt ist. Somit kann der Verdichter im Betrieb gekühlt werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen der Ansaugbereich und der Technikbereich jeweils einen Strömungsquerschnitt für die Produktluft bzw. die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft auf, wobei der Strömungsquerschnitt in dem Technikbereich größer ist, insbesondere 1,2 mal, weiter insbesondere 1,4 mal, weiter insbesondere 1,6 mal größer ist, als der Strömungsquerschnitt in dem Ansaugbereich. Beispielsweise wird der Strömungsquerschnitt, d.h. der Freiraum für die Durchströmung in den Bereichen, insbesondere im Technikbereich, gegenüber den notwendigen Sollwerten für die definierte Strömungsmenge an Produktluft überdimensioniert. Wenn beispielsweise die Abluftkanalgröße für einen Wassergenerator von 23'000 m ² Produktluft ein Kanal (oder freier Querschnitt) von 200 cm x 240 cm darstellt, ergibt dies bei einem lichten Freiraum von 0.62 m ² eine Produktluft-Strömungsgeschwindigkeit von ca. 10 m/Sekunde. Durch Aufweitung des Freiraums im Technikbereich auf 1 m ² , z.B. durch geeignete Platzierung der Technikkomponenten, lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit bei gleichem Volumenstrom auf etwas über 6 m/Sekunde reduzieren. Dadurch sinken die Strömungswiderstände für die Überbrückung der Strömungsdistanz über den Technikbereich erheblich, was wiederum die Effizienz erhöht. Entsprechende Effizienzverbesserungen konnten ab einer Querschnittserweiterung erfindungsgemäß von 1 : 1.2 festgestellt werden, bevorzugt wenn diese über 1 : 1.4, insbesondere wie im obigen Beispiel dargelegt über 1 : 1.6 liegt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Wassergenerator einen Ventilator zur Umwälzung bzw. zum Einstellen der Strömung der Produktluft auf. Der Ventilator ist in dem Ansaugbereich und/oder in einem Übergangsbereich zwischen dem Ansaugbereich und dem Übergangsbereich derart angeordnet ist, dass der Ventilator die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft nach Passieren der Wassergewinnungseinheit ansaugt. Dies hat den Vorteil, dass die Abwärme des Ventilators weniger effizienzreduzierend wirkt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Ventilator einen luftgekühlten Motor auf, welcher mittels Außenluftzuführung kühlbar ist. Der Ventilator ist insbesondere im Ansaugbereich angeordnet. Insbesondere kann der Ventilator im Übergang zum Technikbereich angeordnet werden. Insbesondere in dem Ansaugbereich ist ein Wärmetauscher, insbesondere ein Kreuzwärmetauscher, angeordnet. Der Wärmetauscher ist mittels der Außenluft und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft speisbar, sodass die Außenluft für den luftgekühlten Motor gekühlt wird und die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft zur Weiterleitung in den Technikbereich erwärmt wird.

Somit wird die Produktluft durch den Ventilator durch den Wassergenerator geblasen. Entgegen der naheliegenden Platzierung dieses Gebläses möglichst nahe bei dem Eingang der Umgebungsluft im Ansaugbereich wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ventilator im Produktluftstrom erst im Übergang vom Ansaugbereich in den Technikbereich platziert. Dadurch wird die Produktluft durch den Ansaugbereich gesogen und durch den Technikbereich geblasen. Dies hat den Vorteil, dass die Abwärme des Ventilators die Produktluft für Technikbereich zusätzlich erwärmt, was die relative Luftfeuchtigkeit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft im Technikbereich dementsprechend reduziert. Dies vermindert zusätzlich die Bildung von Kondenswasser im Technikbereich. Diese Erwärmung funktioniert auch für Ventilatoren mit angesetztem Motor mit eigener Luftkühlung, da über die Motorwelle und die Propellerreibung des Gebläses dennoch Wärme in die Produktluft eingetragen wird. Zusätzlich kann vor diesem Ventilator ein Kreuzstromwärmetauscher platziert werden, der die eingesaugte Umgebungsluft vorkühlt und im Gegenzug die Produktluft für den Technikbereich zusätzlich erwärmt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest die Steuereinheit während eines kurzen Stromausfalls mittels Hilfsenergie aus einem Hilfsenergiesystem versorgt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens bestimmt die Steuereinheit beim Start oder Wiederanlauf des Wassergenerators basierend auf Umgebungsdaten, Sensordaten, zeitlichen Faktoren und/oder historischen Daten (z.B. aus einer Datenbank), ob vor dem Start des Verdichters eine Durchflutung des Technikbereichs mit Umgebungsluft und/oder Produktluft durchgeführt wird und für welche Zeitdauer der Technikbereich mit Umgebungsluft und/oder Produktluft durchströmt wird.

Beispielsweise kann mittels eines Temperatursensors die Innentemperatur im Technikbereich gemessen werden. Der dadurch ermittelte Temperaturwert wird mit anderen Parametern verglichen (z.B. zeitlicher (Temperatur-) Verlauf, Außentemperatur, Sollarbeitspunkt, etc.) und basierend darauf eine Durchspühlzeit des Wassergenerators, insbesondere des Technikbereichs, mit Außenluft und/oder Produktluft bei Wiederinbetriebnahme nach einer Stromunterbrechung bestimmt, so dass wahlweise, früher wieder mit der Wasserproduktion gestartet wird oder alternativ genügend lange gewartet wird, dass die relevanten Technikkomponenten im Technikbereich gekühlt sind, um so eine bessere Gesamtlebensdauer zu erreichen.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Wassergenerator unter bestimmten Betriebsbedingungen beim Start, insbesondere beim Wiederanlauf nach einem kurzen Stromunterbruch, zuerst mit noch nicht entfeuchteter Produktluft gespült. Dies reduziert die Temperatur im Technikbereich für Fälle, in denen die Kältehaltung zu wenig lange den Temperaturanstieg verzögern konnte. Eine Steuerung kann dafür entweder den bereits erwähnten Temperatursensor/-fühler als Referenz verwenden. Es kann auch simuliert bzw. vorbestimmt werden, ob eine Überhitzung im Technikbereich vorliegt und so situativ über eine Durchflutung mit Außenluft oder (z.B. nicht feuchtigkeitsreduzierter) Produktluft vor dem Start entscheiden werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit die verfügbare Leistung einer Energiequelle, von welcher der Wassergenerator die zum Betrieb erforderliche elektrische Energie bezieht, und steuert basierend auf der verfügbaren Leistung der Energiequelle die Leistung des Verdichters.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Kurze Beschreibuno der Zeichnunoen

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wassergenerators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs bezogen auf bestimmte Bereiche des Wassergenerators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wassergenerators, bei welchem der Kältemittelkreislauf über Kältekopplungskreisläufe mit der Wassergewinnungseinheit und/oder mit der Rückkühleinheit gekoppelt ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung

Detaillierte Beschreibuno von exemolarischen Ausführunosformen

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wassergenerators 100 zum Erzeugen von Wasser 115 aus atmosphärischer Umgebungsluft 105 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Der Wassergenerator 100 weist insbesondere eine Energieeffizienz von weniger als 250 W/Liter Wasserertrag auf.

Der Wassergenerator 100 weist einen Kältemittelkreislauf 200 zum Erzeugen von Kühlleistung auf. Der Wassergenerator 100 weist zudem einen Ansaugbereich 101 auf, in welchem Umgebungsluft 105 von einer Umgebung ansaugbar ist. Der Ansaugbereich 101 weist eine Wassergewinnungseinheit 104 mit einem Kühlregister auf. Das Kühlregister ist mit dem Kältemittelkreislauf 200 derart gekoppelt und eingerichtet, dass mittels der Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs 200 aus der Umgebungsluft 105, die als Produktluft 106 zumindest teilweise durch das Kühlregister strömbar ist, Wasser 115 und feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 generierbar ist.

Ferner weist der Wassergenerator 100 einen Technikbereich 102 auf, in welchem Technikkomponenten aufweisend zumindest eine Steuereinheit 108 zum Betreiben des Wassergenerators 100 installiert sind, wobei der Metallanteil der Technikkomponenten im Technikbereich 102 über 500 kg aufweist.

Ferner weist der Wassergenerator einen Ausblasbereich 103 zum Ausblasen der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 in die Umgebung. Zudem weist der Wassergenerator 100 einen Verdichter 109 zum Verdichten des Kältemittels 107 auf, wobei der Verdichter 109 eine maximale Anschlussleistung im Bereich von 70 kW bis 200 kW aufweist. Der Ausblasbereich 103 weist eine Rückkühleinrichtung 110 auf, die mit dem Kältemittelkreislauf 200 thermisch gekoppelt ist und eingerichtet ist, unter Abgabe von Abwärme das Kältemittel 107 bzw. an den Rückkühlzwischenkreis (Kältekopplungskreislauf 302) bzw. Kältemittelkreislauf 200 zu verflüssigen. Zudem ist in dem Ausblasbereich 103 Umgebungsluft 105 aus der Umgebung einströmbar, um die Verflüssigungseinheit 110 zu kühlen.

Der Ansaugbereich 101, der Technikbereich 102 und der Ausblasbereich 103 sind derart angeordnet, dass zumindest ein Teil der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 von dem Ansaugbereich 101 durch den Technikbereich 102 unter thermischer Kopplung mit zumindest einem Teil der Technikkomponenten in den Ausblasbereich 103 strömbar ist. In dem Ausblasbereich 103 wird der Teil der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 mit der angesaugten Umgebungsluft 105 gemischt und im Anschluss durch die Rückkühleinrichtung 110 zum Abtransport der Abwärme geströmt.

Die Steuereinheit 108 ist konfiguriert die Produktluft 106 derart zu steuern, dass die relative Luftfeuchtigkeit in der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 im Technikbereich 102 weniger als 60% beträgt. Ferner ist die Steuereinheit 108 konfiguriert die Produktluft 106 derart zu steuern, dass die Temperatur der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 im Technikbereich 102 kühler als die Umgebungsluft 105 einstellbar ist. Insbesondere sind in Strömungsrichtung der Produktluft 106 durch den Wassergenerator 100 nachfolgend der Ansaugbereich 101, der Technikbereich 102 und der Ausblasbereich 103 angeordnet. Die Hauptbereiche können ein gemeinsames Gehäuse ausbilden. Ferner können die Hauptbereiche jeweils eine eigene tragende Struktur bzw. separate Gehäuse aufweisen, die modular miteinander gekoppelt sein können.

In dem Ansaugbereich befindet sich beispielsweise ein Ventilator 121 zum Einsaugen von Umgebungsluft 105. Die Umgebungsluft 105 wird in den Ansaugbereich 101 als Produktluft 106 eingesaugt und insbesondere in die Wassergewinnungseinheit 104 eingeströmt, in welcher die Produktluft 106 insbesondere unter den Taupunkt abgekühlt wird. Die Kühlleistung wird insbesondere direkt durch ein Kältemittel 107 aus einem Kältemittelkreislauf 200 (siehe Fig. 2) oder indirekt über einen Kältekopplungskreislauf 301 mittels eines thermischen Trägermittels 303 (siehe Fig. 3) erzeugt.

Mit dem atmosphärischen Wassergenerator 100 wird typischerweise warme Umgebungsluft 105 im Ansaugbereich 101 angesaugt und als Produktluft 106 direkt oder indirekt mittels eines Kältemittelkreislaufs, der durch das Kältemittel 107 betrieben wird, abgekühlt, bis der Taupunkt unterschritten ist und die Luftfeuchte der Produktluft 106 auskondensiert. Die dafür notwendige Kühlenergie wird mittels einer Kältemaschine bzw. dem Kältemittelkreislauf 200 (d.h. dem Verdichter 109 in dem Kältemittelkreislauf 200) zur Verfügung gestellt. Die, der Luft entzogene Wärme wird über eine Rückkühleinrichtung 110, und einer daran direkt oder indirekt thermisch gekoppelten Verflüssigungseinheit zur Verflüssigung des Kältemittels 107, wieder an die Umgebung abgeführt.

Die Produktluft 106 beschreibt die Umgebungsluft 105, die in den Wassergenerator 100 eingeströmt ist und im Inneren (zum Beispiel im Inneren des Gesamtgehäuses des Wassergenerators 100) strömt. Nach der Wassergewinnungseinheit 104 ist die Produktluft 106 eine feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106, da nach der durchströmten Wassergewinnungseinheit 104 Wasser auskondensiert ist und der Feuchtegehalt der Produktluft 106 reduziert ist. In der Wassergewinnungseinheit kann beispielsweise 80 %des Wassergehalts der Produktluft 106 auskondensiert werden. Die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 strömt nach der Wassergewinnungseinheit 104 erfindungsgemäß durch den Technikbereich 102 in den Ausblasbereich 103.

In dem Technikbereich 102 sind die meisten Technikkomponenten des Wassergenerators 100 angeordnet. Die Technikkomponenten werden von der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 umströmt und sind somit thermisch gekoppelt. Thermisch gekoppelt bedeutet, dass Wärme von den Technikkomponenten an die gekühlte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 abgegeben wird. Aufgrund des hohen Metallanteils speichern die Technikkomponenten Kälte.

In dem Ausblasbereich 103 ist die Rückkühleinrichtung 110 installiert. Die Rückkühleinrichtung 110 wird von eingeströmter Umgebungsluft 105 und von der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106, die aus dem Technikbereich 102 in den Ausblasbereich 103 strömt, gekühlt. Durch die zusätzliche Kühlung der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 wird die Effizienz der Rückkühleinrichtung 110 und der daran gekoppelten Verflüssigungseinheit des Kältemittelkreislaufs 200 erhöht. Nach Umströmen der Rückkühleinrichtung 110 wird die Abluft, bestehend aus der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 und der in den Ausblasbereich eingeströmte Umgebungsluft 105, mittels eines Gebläses 125 ausgeblasen. Das Gebläse 125 ist beispielsweise auf dem Dach des Gehäuses des Ausblasbereichs 103 angeordnet.

Der Ausblasbereich 103 wird ferner durch den Technikbereich 102 von dem Ansaugbereich 101 räumlich getrennt. Somit wird der Ort, an welchem Umgebungsluft 105 für die Wassergewinnungseinheit 104 in den Ansaugbereich 101 angesaugt wird, räumlich von dem Ort distanziert, an welchem im Ausblasbereich 103 die durch die Rückkühleinrichtung 110 erwärmte Abluft 111 ausgeblasen wird. Somit wird eine Mischung der warmen Abluft 111 mit der im Ansaugbereich 101 zugeführten kälteren Umgebungsluft 105 verhindert und eine Effizienzreduzierung vermieden.

Die Leistung des Wassergenerators 100 wird insbesondere durch die Steuerung des Verdichters 109 zum Verdichten des Kältemittels 107 gesteuert. Wird beispielsweise die Verdichtungsleistung des Verdichters 107 an den optimalen Betriebspunkt angepasst, so kann das Kältemittel effizienter die Produktluft 106 kühlen und entsprechend kann die Menge an auskondensierten Wasser 115 gesteuert werden. Ferner kann die Leistung des Wassergenerators 100 durch den Volumenstrom der im Ansaugbereich 101 eingeströmten Umgebungsluft 105 und/oder durch den Volumenstrom der im Ausblasbereich 103 eingeströmten Umgebungsluft 105 gesteuert werden. Mit dem Volumenstrom der Produktluft 106 im Ansaugbereich 101 und einer entsprechenden Einspeisung in die Wassergewinnungseinheit 104 kann die Menge an feuchtigkeitsreduzierter Produktluft eingestellt werden. Die entsprechenden Volumenströme können beispielsweise durch entsprechende Ventilatoren 121, 125 im Ansaugbereich 101 und/oder im Ausblasbereich 103 gesteuert werden.

Die Steuereinheit 108 ist insbesondere zum Betreiben des Wassergenerators 100 vorgesehen und in dem Technikbereich 102 installiert. Die Steuereinheit steuert insbesondere den Verdichter 109. Ferner kann die Steuereinheit 108 die entsprechenden Ventilatoren 121, 125 steuern zum Einstellen der Volumenströme der Produktluft 106 und/oder der einströmenden Umgebungsluft 105 in dem Ausblasbereich 103. Somit kann erfindungsgemäß die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 im Technikbereich 102 eine relative Luftfeuchtigkeit von unter 60% aufweisen. In dem Wassergenerator können ferner entsprechende Sensoren angeordnet sein, um geeignete Betriebsparameter zu messen. Beispielsweise können in dem Ansaugbereich 101, dem Technikbereich 102 und/oder dem Ausblasbereich 103 entsprechende Temperatursensoren, Luftdrucksensoren und/oder Luftfeuchtigkeitssensoren vorgesehen werden. Ferner können entsprechende Außensensoren 123 außerhalb des Wassergenerators 100 vorgesehen werden, um beispielsweise die Temperatur, den Luftdruck und die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft 105 zu messen. Die Steuereinheit 108 kann insbesondere mit den innen liegenden Sensoren und/oder den Außensensoren 123 gekoppelt sein, um somit basierend auf den entsprechenden Sensordaten den Verdichter 109 und/oder die Ventilatoren 121, 125 zu steuern und somit einen optimalen Betriebspunkt zur Erzeugung von Wasser 115 in der Wassergewinnungseinheit 104 einzustellen.

Die Steuereinheit 108 bestimmt somit beim Start oder Wiederanlauf des Wassergenerators 100 basierend auf Umgebungsdaten, Sensordaten, zeitlichen Faktoren und/oder historischen Daten (z.B. aus einer Datenbank), ob vor dem Start des Verdichters 109 eine Durchflutung des Technikbereichs 102 mit Umgebungsluft 105 und/oder Produktluft 106 durchgeführt wird und für welche Zeitdauer der Technikbereich 102 mit Umgebungsluft 105 und/oder Produktluft 106 durchströmt wird. Beispielsweise kann mittels eines Temperatursensors die Innentemperatur im Technikbereich 102 gemessen werden. Der dadurch ermittelte Temperaturwert wird mit anderen Parametern verglichen (z.B. zeitlicher (Temperatur-) Verlauf, Außentemperatur, Sollarbeitspunkt, etc.) und basierend darauf eine Durchspühlzeit des Wassergenerators 100, insbesondere des Technikbereichs 102, mit Umgebungsluft 105 (d.h. mit Außenluft) und/oder Produktluft 106 bei Wiederinbetriebnahme nach einer Stromunterbrechung bestimmt, so dass wahlweise, früher wieder mit der Wasserproduktion gestartet wird oder alternativ genügend lange gewartet wird, dass die relevanten Technikkomponenten im Technikbereich 102 gekühlt sind, um so eine bessere Gesamtlebensdauer zu erreichen.

Die Steuereinheit 108 bestimmt ferner die verfügbare Leistung einer Energiequelle, von welcher der Wassergenerator 100 die zum Betrieb erforderliche elektrische Energie bezieht, und steuert basierend auf der verfügbaren Leistung der Energiequelle die Leistung des Verdichters 109 und/oder der Ventilatorn 121 bzw. Gebläse 121.

Durch die Länge des Technikbereichs 102 ist der Auslass der Abluft 111 im Ausblasbereich 103 um die Länge des Technikbereichs 102 zusätzlich weiter von der Ansaugung der Umgebungsluft 105 im Ansaugbereich 101 entfernt, wodurch das Risiko der Ansaugung an erwärmter, ausgeblasener Abluft 111 reduziert wird.

Mittels der Steuereinheit 108 wird ein konstanter Volumenstrom durch Steuerung der Ventilatoren 121 oder Gebläse 125 eingestellt. Der Volumenstrom durch den Technikbereich 102 kann dabei erfindungsgemäß insbesondere zwischen 10.000 m ³ /h und 30.000 m ³ /h einstellbar sein.

Die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 im Technikbereich 102 wird derart eingestellt, dass die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 zwischen 2 °C und 10 °C kühler eingestellt als die Umgebungsluft. Ferner steuert die Steuereinheit 108 den Volumenstrom der Produktluft 106 und die Kühlleistung des Kältemittels 108 derart, dass eine Temperaturerhöhung der Produktluft 106 während des Durchströmens des Technikbereichs weniger als 3 °C beträgt.

Ferner weist der Wassergenerator 100 eine Filtereinheit 112 zum Filtern der Produktluft 106 auf, wobei die Filtereinheit 112 derart konfiguriert ist, dass mehr als 60% aller Partikel mit einer Größe von 0,3 pm bis 1 pm aus der durch den Technikbereich 102 strömenden feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 herausfilterbar sind. Die Filtereinheit 112 ist insbesondere am Eingangsbereich des Ansaugbereichs 101 angeordnet, sodass die Filtereinheit 112 die in den Ansaugbereich einströmende Umgebungsluft 105 filtert. Eine weitere Filtereinheit kann beispielsweise am Lufteingang der Umgebungsluft

105 im Ausblassbereich 103 vorgesehen werden.

Insbesondere kann der Eingangsbereich des Ansaugbereichs 101 und der Eingangsbereich des Ausblasbereich 103 für die Umgebungsluft 105 an gegenüberliegenden Stirnseiten des Wassergenerators 100 angeordnet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Eingangsbereich des Ausblasbereich 103 für die Umgebungsluft 105 auch an Seitenflächen des Ausblasbereich 103 vorgesehen werden. Die Abluft 111 wird dann beispielsweise nach oben über das Dach des Ausblasbereichs 103 ausgeblasen.

Der Wassergenerator 100 weist ferner einen Gaslecksensor 113 zum Bestimmen eines Anteils des Kältemittels 107 in der Produktluft 106 auf, wobei der Gaslecksensor in dem Technikbereich 102 angeordnet ist. Der Gaslecksensor 113 weist zur Bestimmung des Kältemittels eine Empfindlichkeit von über 20 ppm (parts per million) des Kältemittels 107 in der Produktluft

106 auf. Insbesondere ist der Gaslecksensor 113 am Boden des Wassergenerators 100 angeordnet, um so besser auftretende Konzentrationen eines ausgetretenen Kältemittels 107 zu bestimmen. Der Gaslecksensor 113 ist derart montiert, dass er möglichen Leckstellen in der Durchströmung nachgelagert ist. Bezogen auf einen wahrscheinlichen Strömungsweg des ausgetretenen Kältemittels 107 durch den Technikbereich 102 liegt der Gaslecksensor 113 näher am Ausblasbereich 103 als am Ansaugbereich 101. Insbesondere ist der Gaslecksensor 113 am Ende des Technikbereichs 102 im Übergang zum Ausblasbereich 103 angeordnet. Der Wassergenerator 100 weist ferner einen Neigungssensor 114 auf. Der Neigungssensor 114 ist konfiguriert, eine horizontale Ausrichtung des Wassergenerators 100 zu bestimmen, wobei insbesondere die Steuereinheit 108 derart konfiguriert ist, bei einer vorbestimmten Abweichung des Wassergenerators 100 von der horizontalen Ausrichtung einen Betrieb des Wassergenerators 100 zu stoppen.

Der Wassergenerator 100 weist einen Wassertank 116 auf, welcher mit der Wassergewinnungseinheit 104 derart gekoppelt ist, das gewonnenes Wasser

115 von der Wassergewinnungseinheit 104b in dem Wassertank 116 speicherbar ist. Der Wassertank 116 ist in dem Technikbereich 102 angeordnet. Der Wassergenerator 100 weist eine Wasserpumpe 117 auf, welche mit dem Wassertank 116 derart gekoppelt ist, dass das Wasser 115 aus dem Wassertank 116 auspumpbar ist. Die Wasserpumpe 117 ist insbesondere mit einem Hilfsenergiesystem 118, insbesondere aufweisend eine Photovoltaikanlage 119 und /oder einen elektronischen Speicher 120, betreibbar. Die Wasserpumpe 117 ist beispielsweise für das Entleeren des Wassertanks 116 an einem entsprechenden Ausgang hinter dem Wassertank

116 angeordnet.

Das Hilfsenergiesystem 118 ist ferner konfiguriert, zumindest die Steuereinheit 108 während eines kurzen Stromausfalls mittels Hilfsenergie zu versorgen. Der elektrische Speicher (Stromspeicher) 120 kann insbesondere von der Photovoltaikanlage 119 aufgeladen werden. Insbesondere im Technikbereich 102 kann der Stromspeicher 120 untergebracht werden. Dieser Stromspeicher (Akku) 120 kann bei der Überbrückung von Stromausfällen für die elektronischen Komponenten, wie die Steuereinheit 108 eingesetzt werden.

Die Photovoltaikanlage 119 weist Solarzellen auf, welche auf dem Dach eines Gehäuses des Wassergenerators 100, insbesondere dem Dach des Technikbereichs 102 angeordnet sind, wobei die Solarzellen thermisch mit dem Dach des Gehäuses gekoppelt sind, um eine Wärmeleitung zwischen den Solarzellen und dem Gehäuse des Wassergenerator 100 bereitzustellen und Wärmeenergie ausgetauscht werden kann. Dies erlaubt eine Temperaturreduktion von zumindest den dem Technikbereich 102 naheliegenden Solarzellen. Bei einer tieferen Temperatur ist der Wirkungsgrad von Solarzellen höher, was wiederum zur Gesamteffizienz des Systems beiträgt.

Der Verdichter 109 ist im Technikbereich 102 angeordnet, wobei der Verdichter 109 insbesondere mit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 thermisch gekoppelt ist. Somit kann der Verdichter 109 im Betrieb gekühlt werden.

Der Ansaugbereich 101 und der Technikbereich 102 weisen jeweils einen Strömungsquerschnitt für die Produktluft 106 auf, wobei der Strömungsquerschnitt in dem Technikbereich 102 größer ist, insbesondere mindestens 1,2-mal größer ist als der Strömungsquerschnitt in dem Ansaugbereich 101.

Der Ventilator 121 ist in dem Ansaugbereich 101 im Übergang zu dem Technikbereich 102 angeordnet und weist beispielsweise einen luftgekühlten Motor 122 auf, welcher mittels Außenluftzuführung kühlbar ist. Beispielsweise in dem Ansaugbereich 101 ist ein Wärmetauscher, insbesondere ein Kreuzwärmetauscher, angeordnet, wobei der Wärmetauscher mittels der Umgebungsluft 105 und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 speisbar ist, sodass die Technikbereich 102 für den luftgekühlten Motor 122 gekühlt wird und die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 zur Weiterleitung in den Technikbereich 102 erwärmt wird.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs 200 bezogen auf den Ansaugbereich 101, den Technikbereich 102 und den Ausblasbereich 103 des Wassergenerators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Der atmosphärischer Wassergenerator 100 bezieht die Kühlleistung aus einem Kältemittelkreislauf 200, welcher nach dem Prinzip einer Wärmepumpe fungiert. Dabei wird das Kältemittel 107 komprimiert, die entstandene Kompressions- oder Kondensationswärme abgeführt und das so verdichtete oder verflüssigte Kältemittel 107 über eine Expansionsventil 124 entspannt oder verdampft. Die so zur Verfügung stehende Kälte wird zum Abkühlen von feuchter Produktluft 106 in dem Kühlregister der Wassergewinnungseinheit

104 verwenden, welche dann auskondensiert und so das Wasser 115 gewonnen wird.

Der Kältemittelkreislauf 200 weist insbesondere eine direkt gekoppelte bzw. integrierte Verdampfungseinheit in dem Ansaugbereich 101 auf, in welcher Verdampfungseinheit das Kältemittel 107 verdampft und somit gekühlt wird. Das verdampfte Kältemittel 107 wird weiter zu dem Verdichter 109 in dem Technikbereich 102 weitergeleitet, der den Druck des Kältemittels 107 erhöht und an die Verflüssigungseinheit weiterführt. Die Verflüssigungseinheit ist thermisch an die Rückkühleinrichtung 110 gekoppelt. Die Rückkühleinrichtung 110 ist im Ausblasbereich 103 angeordnet und wird mittels Umgebungsluft

105 und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 gekühlt, um direkt oder indirekt mittels eines weiteren Kältekopplungskreislaufs 302 das Kältemittel 107 zu kühlen, bis ein flüssiger Zustand des Kältemittels 107 erreicht wird. Anschließend wird das Kältemittel 107 einem Expansionsventil 124 zur Reduzierung des Drucks und schließlich wieder zu der Verdampfungseinheit weitergeleitet. Die Verdampfungseinheit ist dabei direkt mit der Wassergewinnungseinheit 104 thermisch gekoppelt oder indirekt mittels eines weiteren Kältekopplungskreislaufs 302 mit der Wassergewinnungseinheit 104 gekoppelt (siehe Fig. 3). Die Wassergewinnungseinheit 104 weist dabei in dem Ansaugbereich 101 ein Kühlregister und einen ersten Wärmetauscher auf, der einerseits mit dem kalten Kältemittel 107 aus der Verflüssigungseinheit und andererseits durch die erwärmte eingesaugte Produktluft 106 gespeist wird, sodass die Produktluft 106 gekühlt wird. In dem Kühlregister aufweisend z.B. einen Kondensator bzw. Tropfenabscheider wird die relative Luftfeuchtigkeit der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 auf zum Beispiel unter 40 % reduziert. Die so stark gekühlte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 wird anschließend in einem zweiten Wärmetauscher zugeführt. Die eingesaugte Produktluft 106 nach Eintritt in den Ansaugbereich 101 strömt ebenfalls vor Durchströmen der Wassergewinnungseinheit 104 direkt in den zweiten Wärmetauscher. Somit kühlt die feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 aus der Wassergewinnungseinheit 104 die eingesaugte Produktluft 106 vor und wird selbst erneut erwärmt. Die somit bereits vorgekühlte eingesaugte Produktluft 106 wird über einen zweiten Tropfenabscheider dem ersten Wärmetauscher zugeführt. Die erwärmte feuchtigkeitsreduzierte Produktluft 106 weist bei Einströmen in den Technikbereich 102 dann eine niedrigere Temperatur im Vergleich zu der Umgebungsluft 105 auf und kann zu einem moderaten Kühlen der Technikkomponenten im Technikbereich 102 eingesetzt werden, ohne dass ein Risiko der Auskondensierung an den Technikkomponenten besteht.

Erfindungsgemäß kann für die Produktluft 106 bei Einströmen in den Technikbereich 102 eine Temperaturabsenkung von 2°C bis 7°C unter dem Außentemperaturniveau der Umgebungsluft 105 eingestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wassergenerators 100, bei welchem der Kältemittelkreislauf 200 über Kältekopplungskreisläufe 301, 302 mit der Wassergewinnungseinheit 104 und/oder mit der Rückkühleinheit 110 gekoppelt ist. Der Kältemittelkreislauf 200 weist eine Verdampfungseinheit 305 zum Verdampfen des Kältemittels 107 auf. Die Verdampfungseinheit 305 ist in dem Technikbereich 102 angeordnet und mit dem Kälteregister der Wassergewinnungseinheit 104 über einen ersten Kältekopplungskreislauf 301 thermisch gekoppelt. Der erste Kältekopplungskreislauf 301 ist mit der Verdampfungseinheit 305 und dem Kälteregister derart thermisch gekoppelt ist, dass ein thermisches Trägermittel 303 des ersten Kältekopplungskreislaufs 301 die Kühlleistung des Kältemittels 107 auf das Kälteregister überträgt. Die Verdampfungseinheit 305 ist somit getrennt von dem Kälteregister, in dem Technikbereich 102 angeordnet.

Somit findet ein Übergang von Kühlleistung zwischen dem Kältemittel 107 der Verdampfungseinheit 305 und dem thermischen Trägermittel 303 über einen Wärmetauscher WT (307) statt, der in dem Technikbereich 107 angeordnet ist. Ein weiterer Übergang von Kühlleistung zwischen dem Kältemittel 107 und der warmen Produktluft 106 findet im Ansaugbereich 101 über einen weiteren Wärmetauscher WT statt, der an der Wassergewinnungseinheit 104 gekoppelt ist.

Ferner weist der der Kältemittelkreislauf 200 eine Verflüssigungseinheit 306 in dem Technikbereich 102 zum Verflüssigen des Kältemittels 107 auf. Ein zweiter Kältekopplungskreislauf 302 ist mit der Verflüssigungseinheit 306 und der Rückkühleinrichtung 110 derart thermisch gekoppelt, dass ein zweites thermisches Trägermittel 304 des zweiten Kältekopplungskreislaufs 302 eine Kühlleistung des zweiten thermischen Trägermittels 304 auf die Verflüssigungseinheit 306 überträgt, um das Kältemittel 107 zu kühlen. Somit ist die Verflüssigungseinheit 306 getrennt von der Rückkühleinrichtung 110 angeordnet. Somit findet ein Übergang von Wärme zwischen dem Kältemittel 107 der Verflüssigungseinheit 306 und dem thermischen Trägermittel 304 über einen Wärmetauscher WT statt, der in dem Technikbereich 107 angeordnet ist. Ein weiterer Übergang von Wärme zwischen dem Kältemittel 107 und der feuchtigkeitsreduzierten Produktluft 106 und der Umgebungsluft 105 findet im Ansaugbereich 101 über einen weiteren Wärmetauscher WT statt, der an der Rückkühleinrichtung gekoppelt ist. In der beispielhaften Ausführungsform aus Fig. 3 können somit alle Komponenten des Kältemittelkreislaufs 200 in dem Technikbereich 102 angeordnet werden.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Bezuaszeichenliste:

100 Wassergenerator 200 Kältemittelkreislauf

101 Ansaugbereich

102 Technikbereich 301 erster Kältekopplungskreislauf

103 Ausblasbereich 302 zweiter Kältekopplungskreislauf

104 Wassergewinnungseinheit 303 erstes thermisches Trägermittel

105 Umgebungsluft 304 zweites thermisches Trägermittel

106 Produktluft 305 Verdampfungseinheit

107 Kältemittel 306 Verflüssigungseinheit

108 Steuereinheit WT Wärmetauscher

109 Verdichter

110 Rückkühleinrichtung

111 Abluft

112 Filtereinheit

113 Gaslecksensor

114 Neigungssensor

115 Wasser

116 Wassertank

117 Wasserpumpe

118 Hilfsenergiesystem

119 Photovoltaikanlage

120 elektrischer Speicher

121 Ventilator

122 Motor

123 Außensensor

124 Expansionsventil

125 Gebläse