DE2660068B1

DE2660068B1 - Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Wasser aus Luft

Info

Publication number: DE2660068B1
Application number: DE2660068A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Prof Groth; Peter Dr Hussmann
Original assignee: Mittex AG
Current assignee: Mittex AG
Priority date: 1976-03-29
Filing date: 1976-05-31
Publication date: 1980-02-21
Also published as: IT1116978B; CH601585A5; AU2369577A; AU510844B2; DE2660068C2; JPS52134896A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf industrieller Basis eine große Wasserausbeute bei vertretbarem Aufwand ermöglicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß zur Speicherung der Nachtkälte die Nachtluft zunächst durch eine Speichermasse und danach durch eine Schicht weitporiger, grobkörniger, geformter, als hygroskopisches Mittel dienender Silikagele mit einem Adsorptionsbereich zwischen 0 und 20°n und einem Desorptionsbereich zwischen 25 und 70"C zwangsgeführt wird, und daß die heiße Tagluft in umgekehrter Reihenfolge zuerst durch die nun feuchte Silikagelschicht und dann durch die Speichermasse zwangsgeführt wird Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, daß eine wesentlich größere Wasserausbeute erzielt werden kann als mit dem bekannten Verfahren, denn zum einen werden durch das Aussetzen der Silikagele in strömender Nachtluft die Silikagele rascher und dadurch stärker mit Feuchtigkeit beladen und zum anderen ist das Wasseraufnahmevermögen der Silikagele an sich schon wesentlich besser als das von Holz.
Ebenso sorgt das Aussetzen der Silikagele in strömender Tagluft für eine rasche und gründliche Austreibung der Feuchtigkeit Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Silikagele für die Feuchtigkeitsaufnahme und die Feuchtigkeitsaustreibung an ein und demselben Ort gelassen werden können und auch ein Auf- und Zudecken dieses Ortes im Wechsel der Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe nicht erforderlich ist, denn durch die Zwangsführung der Nachtluft und der Tagluft wird die Feuchtigkeit zu den Silikagelen hin- und wieder wegtransportiert.
Die Kühlung der mit Feuchtigkeit gesättigten Tagluft mittels gespeicherter Nachtkälte ist intensiver als die Kühlung der mit Feuchtigkeit gesättigten Tagluft mittels der Kühle im Schatten.
Die Verwendung einer Speichermasse, die zur Speicherung der Nachtkälte und als Kondensator dient, und die Führung der kühlen feuchten Nachtluft zunächst durch die Speichermasse und dann durch die Silikagele tragen dazu bei, daß mit dem Verfahren auf unkomplizierte Art und Weise eine wesentliche Erhöhung der Effektivität gegenüber dem bekannten Verfahren erreicht wird.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich zur Durchführung insbesondere in der Wüste, denn die beiden Temperaturbereiche der Silikagele sind gerade diejenigen, innerhalb welcher die Lufttemperaturen in Wüstengebieten in der Nacht bzw. am Tag liegen.
Der Energiebedarf zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch besonders niedrig gehalten, wenn die Luftführung durch die Speichermasse und die Silikagelschicht durch eine Vielzahl luftzu- und luftabströmseitig nebeneinander angeordneter Ventilatoren geringer Leistung so erfolgt, daß die Luft in Einzelströme aufgeteilt wird, und daß mit geringen Luftströmgeschwindigkeiten gearbeitet wird. Dadurch wird die Verweilzeit der Luft an den Oberflächen der Silikagele erhöht Zur Ausnutzung der Temperaturverhältnisse in Wüstengebieten erfolgt vorzugsweise die wechselweise Luftführung in zueinander entgegengesetzter Richtung etwa im zehnstündigen Rhythmus bei jeweils zweistündiger Unterbrechung. Dann herrschen bei der Befeuchtung der Gele in der Nacht im Mittel Außenlufttemperaturen von 5 bis 15"C und bei der Entfeuchtung der Gele am Tage von 30 bis 60"C.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse von einer Steinpackung gebildet wird.
Vorzugsweise besteht die Steinpackung aus geformten Betonkugeln oder Natursteinen wie Basalt oder Silikat, z. B. Kieselstein, mit möglichst hohem spezifischem Gewicht und möglichst geringer Porosität, die einen Durchmesser von 100 bis 250 mm haben, und die Steine sind gegebenenfalls mit Silikon in dünner Schicht überzogen.
Eine Erhöhung der Wasserausbeute kann man noch dadurch erreichen, daß die Silikagele möglichst die Form von Kugeln mit Durchmessern im Bereich von 8 bis 12 mm haben. Die Verwendung der weitporigen Gele mit großem Durchmesser bedingt eine kleinere Geloberfläche bei gleichbleibendem Volumen. Dadurch verringert sich der Abrieb und damit die Verschmutzungsgefahr. Die Anlage wird dadurch wartungsarm und ihre Lebensdauer erhöht sich.
Andererseits kann man auch eine Erhöhung der Wasserausbeute noch dadurch erzielen, daß mehrere Schichten von Silikagelen unterschiedlicher Porenweite derart angeordnet sind, daß die optimale Adsorptionstemperatur der Gele in Richtung des Nachtluftstromes ansteigende Werte hat, während die optimale Desorptionstemperatur in dieser Richtung abnehmende Werte hat, wobei dann die Tagluft für die Desorption in umgekehrter Richtung wie die Nachtluft für die Adsorption die Silikagelschicht zu durchströmen hat Die einzelnen Gelarten haben optimale Aktivität bei unterschiedlicher Temperatur. Man kann schon bei ganz geringen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht die Umschaltung von Adsorption auf Desorption vornehmen.
Die Anlage zur Wassergewinnung aus Luft besteht vorzugsweise aus einem Bauwerk von z. B. 100 bis 200 m Breite und bis zu 15 km Länge. In ihm ist auf einem luftdurchlässigen Zwischenboden die Steinpackung und darüber die Silikagelschicht angeordnet Da die Außenlufttemperatur in Bodennähe am tiefsten sinkt, erfolgt bei der Adsorption die Luftzuführung stets von einem Punkt aus, der in Bodennähe liegt. Vorzugsweise erfolgt bei der Adsorption eine Luftführung von unten nach oben durch die Steinpackung und die Silikagelschicht und bei der Desorption von oben nach unten.
Dann kann das an den kalten Steinen kondensierende Wasser nach unten abfließen und auf einfache Weise gesammelt und abgeleitet werden.
Beieinander liegende Luftdurchtrittsöffnungen zu den Zu- und Abströmräumen unter der Packung und über der Schicht sind durch Filter abgedichtet, hinter denen die Ventilatoren angebracht sind. Auf diese Weise wird die Anlage vor dem immer in der Luft vorhandenen feinen Wüstenstaub geschützt. Als Speichermasse wird eine eingangs beschriebene Steinpackung verwendet Bei einer Adsorptionsschicht von 300 bis 400 mm Höhe tritt nur ein Druckverlust von 0,1 bis 0,2 mbar ein und wird insgesamt in der Anlage bei einer Höhe der Steinpackung von 3 bis 5 m und Steindurchmessern von 100 bis 250 mm ein Druckverlust je nach Betriebsweise von 0,3 bis 0,8 m bar nicht überschritten.
Um die Sonneneinstrahlung verstärkt bei der Regenerierung auszunutzen, kann die obere Abdeckung des Bauwerkes über der Silikagelschicht ein Sonnendach z. B. aus Glas, Polyacrylglas oder Polyester sein.
Durch die Verwendung des Sonnendaches gelingt es, bei einer Tagesdurchschnittstemperatur der Außenluft von 40"C die Regenerationsluft bis zu 52"C aufzuheizen.
Dadurch kann ein Desorptionsgrad des Silikagels von nahezu 100% erreicht werden.-Um den geologischen Gegebenheiten in den einzelnen Gebieten Rechnung zu tragen, kann die Anlage aus einzelnen gleichartigen Bauelementen aufgebaut sein, zwischen denen gegebenenfalls Durchgänge für den Personenverkehr und für die Wartung freigelassen werden.
Da infolge des Sandgehaltes der Luft und insbesondere auch wegen vorkommender Sandstürme die Filter häufig gereinigt werden müssen, sind dafür einfache fahrbare Abbürsteinrichtungen mit rotierenden Bürsten, die die Filterbahn bestreichen können, vorgesehen.
Diese können im Bedarfsfall von Bauelement zu Bauelement fahren. Zur Erleichterung der Reinigung können die aus Filtergewebebahnen bestehenden Filter schwenkbar angeordnet sein. Die Reinigung erfolgt dann in den Pausen, in denen keine Luftführung erfolgt.
Um die Möglichkeit der Eigenenergiegewinnung zu schaffen, kann die Wassergewinnungsanlage auf einem Berg oder einer Bodenerhebung angeordnet sein. Das abgeleitete Wasser wird an einem mindestens 200 m, vorzugsweise bis 1000 m tiefer gelegenen Ort in eine Turbine mit Generator geleitet. Es wird also hier mit dem gewonnenen Wasser die Energie insbesondere zum Antrieb der Ventilatoren erzeugt, ehe das Wasser seinem eigentlichen Zweck, der Landbewässerung oder der Verwendung als Trink- oder Nutzwasser, zugeführt wird.
Eine Großanlage- für eine Wassergewinnung von 100 000 m3 Wasser in 24 Stunden benötigt eine Grundfläche von 2000000 m2. Sie ist zu einer Seite hin wegen des Wasserablaufes leicht geneigt und hat Seitenwände von:6 m Höhe aus Stahlbeton. Ihre Gesamthöhe beträgt auf einer Seite 11 m, auf der anderen Seite 8 m. Die Grundfläche kann 20000 x 100 m, 15000 x 135 m oder 10 000 x 200 m betragen. In etwa 2 m Höhe weist das Bauwerk einen Stahlbetonrost auf, der 8000000 m3 Steinmasse aufnehmen muß. Diese Steinpackung nimmt zusammen mit den Betonmassen des Bauwerkes, die als Wärmetauscher arbeiten, 2,51 x 1014 J zur Kühlung auf, die im Tageszyklus für die Desorption gebraucht werden.
Es werden je nach Wassergehalt der Nachtluft 7 bis 10 x 109 m3 Luft in rund 10 Nachtstunden gebraucht.
Das Gewicht der Silikagelschicht muß 150 bis 160 x 106 kg betragen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus Luft durch wechselweises Ausnutzen der kühlen Nachtluft zur Entfeuchtung derselben durch ein hygroskopisches Mittel und der heißen Tagluft zur Austreibung des nachts der Luft entzogenen und in dem hygroskopischen Mittel gespeicherten Wassers, wobei das aufgenommene Wasser dem hygroskopischen Mittel von der Tagluft wieder entzogen wird und mittels gespeicherter Nachtkälte kondensiert und dann abgeleitet wird, dadurch gekennz e i c h n e t, daß zur Speicherung der Nachtkälte die Nachtluft zunächst durch eine Speichermasse und danach durch eine Schicht weitporiger, grobkörniger, geformter, als hygroskopisches Mittel dienender Silikagele mit einem Adsorptionsbereich zwischen 0 und 20"C und einem Desorptionsbereich zwischen 25 und 700 C zwangsgeführt wird, und daß die heiße Tagluft in umgekehrter Reihenfolge zuerst durch die nun feuchte Silikagelschicht und dann durch die Speichermasse zwangsgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführung durch die Speichermasse und die Silikagelschicht durch eine Vielzahl luftzu- und luftabströmseitig nebeneinander angeordneter Ventilatoren geringer Leistung so erfolgt, daß die Luft in Einzelströme aufgeteilt wird, und daß mit geringen Luftströmgeschwindigkeiten gearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Luftführung in zueinander entgegengesetzter Richtung etwa im zehnstündigen Rhythmus bei jeweils zweistündiger Unterbrechung erfolgt
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikagelschicht von der Tagluft für die Desorption in umgekehrter Richtung wie von der Nachtluft für die Adsorption durchströmt wird.
5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse von einer Steinpackung gebildet wird.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinpackung aus geformten Betonkugeln oder Natursteinen wie Basalt oder Silikat z. B.

Kieselstein, mit möglichst hohem spezifischem Gewicht und möglichst geringer Porosität besteht, die einen Durchmesser von 100 bis 250 mm haben, und daß die Steine gegebenenfalls mit Silikon in dünner Schicht überzogen sind.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikagele die Form von Kugeln mit Durchmessern im Bereich von 8 bis 12 mm haben.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten von Silikagelen unterschiedlicher Porenweite derart angeordnet sind, daß die optimale Adsorptionstemperatur der Gele in Richtung des Nachtluftstromes ansteigende Werte hat, während die optimale Desorptionstemperatur in dieser Richtung abnehmende Werte hat.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bauwerk von z. B. 100 bis 200 m Breite und bis zu 15 km Länge auf einem luftdurchlässigen Zwischenboden die Stein- packung und darüber die Silikagelschicht angeordnet ist, und daß die nebeneinanderliegenden Luftdurchtrittsöffnungen zu den Zu- und Abströmräumen unter der Packung und über der Schicht durch Filter abgedichtet sind, und daß Ventilatoren hinter den Filtern angebracht sind.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein über der Silikagelschicht angeordnetes Dach des Bauwerks aus Glas, Polyacryl oder Polyester besteht.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einzelnen gleichartigen Bauelementen besteht, zwischen denen gegebenenfalls Durchgänge bleiben.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter schwenkbare Filterbahnen aus Filtergewebe dienen, und daß heb-und senkbare und längs der Filterbahn fahrbare Abbürsteinrichtungen mit rotierenden Bürsten, die die Filterbahn bestreichen können, vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Wasser aus Luft durch wechselweises Ausnutzen der kühlen Nachtluft zur Entfeuchtung derselben durch ein hygroskopisches Mittel und der heißen Tagluft zur Austreibung des nachts der Luft entzogenen und in dem hygroskopischen Mittel gespeicherten Wassers, wobei das aufgenommene Wasser dem hygroskopischen Mittel von der Tagluft wieder entzogen wird und mittels gespeicherter Nachtkälte kondensiert und dann abgeleitet wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE-PS 6 63 920 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird als hygroskopisches Mittel Holz in Gestalt dünner Bretter verwendet. Zur Feuchtigkeitsaufnahme in den Nachtstunden werden diese Bretter aus einem Ausdampfungsraum herausgeholt und im Freien ausgebreitet oder der Ausdampfungsraum wird während der Nacht aufgedeckt, wenn die Bretter dort permanent untergebracht sind. Für die am Tag stattfindende Austreibung des Wassers müssen die Bretter in den Ausdampfungsraum wieder eingebracht bzw. der Raum muß wieder geschlossen werden. Die Austreibung des Wassers aus den Holzbrettern wird durch Einstrahlung der Sonne auf die Holzbretter bewirkt und die Kondensation der ausgetriebenen Feuchtigkeit wird bevorzugt mittels der an einem im Schatten liegenden Ort herrschenden Kühle erreicht. Zwar kann bei dem bekannten Verfahren auch gespeicherte Nachtkälte für die Kondensation der ausgetriebenen Feuchtigkeit eingesetzt werden; es wird jedoch aus Gründen der Einfachheit die Kühle im Schatten für den Zweck bevorzugt.

Durch die Notwendigkeit des Aus- und Einfahrens der Holzbretter bzw. des Auf- und Zudeckens des Ausdampfungsraumes wird das bekannte Verfahren sehr umständlich. Auch dürfte die Wasserausbeute beim Einsatz von noch vertretbaren Mengen an Holz nicht besonders groß sein, denn das Holz nimmt unter günstigen Umständen z. B. bei Nebel nur 30% seines Eigengewichtes im trockenen Zustand auf. Für eine großindustrielle Verwertung wäre das bekannte Verfahren demnach nicht geeignet.