CH626226A5

CH626226A5 - Process and system for obtaining water from the air, in particular for the cultivation of plants

Info

Publication number: CH626226A5
Application number: CH1593677A
Authority: CH
Inventors: Alfred Glueck
Original assignee: Alfred Glueck; Altmann Althausen Helmut Dipl
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1981-11-13
Also published as: ZA7852B; FR2376618A1; AU3215278A; DE2758523A1; AU517422B2; AT347729B; GB1597988A; JPS53112141A; FR2376618B1; ATA4777A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus der Luft, insbesondere für die Kultivation von Pflanzen. Das Verfahren kann vor allem in tropischen Ländern mit herrschendem Wassermangel angewendet werden.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Um das gesteckte Ziel zu erreichen, bedient sich die Erfindung des an sich bekannten Prinzips, die Feuchtigkeit in erwärmter Luft zum Kondensieren zu bringen, und schlägt vor, dass erfindungsgemäss einem Behälter, welcher zum Teil von einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Wand umschlossen ist und mit dieser der Sonnenbestrahlung ausgesetzt wird, aus der Atmosphäre Luft zugeführt wird, welche darin während der Nacht Feuchtigkeit an eine aus wärme- und feuchtigkeitsspeicherndem Material bestehende, die Kondensation unterstützende Beschichtung der Innenwand abgibt.

Die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Anlage ist gekennzeichnet durch mindestens einen der Sonnenbestrahlung ausgesetzten Zylinder mit mindestens einem Zufuhrkanal für die Atmosphärenluft, wobei zumindest der der Sonnenbestrahlung ausgesetzte Teil des Zylinders aus einem Sonnenstrahlen durchlassenden Material besteht und der übrige Teil mit einer Innenbeschichtung aus wärme- und feuchtigkeitsspeicherndem Material versehen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Anlage, bestimmt für die Kultivation von Pflanzen, schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. eine schaubildliche Darstellung der Anlage an der Luftansaugstelle,

Fig. 2 einen Querschnitt des Verdampfers,

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt eines Verdampfers, mit einer zusätzlichen Heizanlage,

Fig. 4 einen Querschnitt des Gasstromkanals nach Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt der Anlage am Aufstellungsort einer Pflanze, die

Fig. 6 und 7 Einzelheiten der Fig. 5 in grösserem Massstab und die

Fig. 8 bis 13 weitere Ausführungsformen der Anlage in schematischer Darstellung.

Die Anlage gemäss Fig. 1 bis 7 wird vorzugsweise so ausgelegt, dass an einem sonnenreichen Ort einer Gegend mindestens ein Zylinder 1 zum Teil im Boden verlegt und an eine Ansaugleitung 2 sowie eine Abgabeleitung 3 "angeschlossen wird. In Fig. 1 sind mehrere Zylinder 1' mit dazwischen angeordneten Stützringen 1" vorgesehen. Die Wand der Zylinder 1' besteht aus einem Sonnenstrahlen 5 durchlässigen Material, z.B. einer Folie aus PVC od.dgl., welche an der Innenseite über ihren im Erdbereich befindlichen Teil ihres Umfanges mit einer Beschichtung 4 versehen ist, welche aus wärme- und feuchtigkeitspeicherndem Material besteht. Sie nimmt die einfallenden Sonnenstrahlen auf und gibt die erzeugte Wärme an die im Zylinder 1 befindliche Luft ab. Diese Beschichtung 4 auf der Innenseite der im Erdbereich befindlichen Wand des Zylinders 1 kann eine poröse, schwarze, saugfähige und hygroskopische Masse sein, während der der Sonnenbestrahlung ausgesetzte Teil des Zylinders mit einer Innenbeschichtung 4A versehen ist, welche Sonnenstrahlen durchlässt und das Kondensieren der Luftfeuchtigkeit fördert. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise aufgedampftes Eiklar, behandelt mit UV-Strahlen, hauchdünn aufgetragenes Teflon od. dgl. sein.

Die Ansaugleitung 2 besitzt einen am Ende des Zylinders 1 in Abstand von diesem quer zur Zylinderachse unter der Erdoberfläche verlaufenden Horizontalteil 2C, der an seinen beiden Enden über je eine Einschnürung 2B in einen nach oben führenden Stutzen 2D übergeht, welcher mit einem in die freie Atmosphäre mündenden Trichter 2A endet. Etwa in der Mitte des Kamins 2C befindet sich eine Verteilerkammer 6, von welcher ein Zulaufrohr 7 ausgeht, das sich durch den gesamten Zylinder 1 hindurch erstreckt, und im Bereich eines jeden Zylinders 1' Austrittsöffnungen 8 für die Luft aufweist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

626 226

Die den Zylinder 1 umgebende Erdoberflächendecke besteht aus einer Schicht 10, die ähnlich der zuvor beschriebenen Schicht 4 der Zylinder 1' Sonnenstrahlen aufnimmt und Wärme an die darunterliegende Erdschicht abgibt, von welcher ein den eingebetteten Teil des Zylinders 1 umgebender Bereich 11 von einer Isolierschicht 12 eingeschlossen ist, so dass die von der Schicht 10 dem Bereich 11 zugeführte Wärme auf den Zylinder 1 übertragen wird.

Die Abgabeleitung 3 umfasst eine Reihe von zu den einzelnen zu bewässernden Pflanzenreihen führenden Kanälen 13, welche als Rohre ausgebildet sein können und je von einem Zylinder 1' ausgehend, im Bereiche einer jeden Pflanze, wie die Fig. 5 und 7 zeigen, unter Freilassung eines Zwischenraumes von einem Verteilerrohr 14 eingeschlossen sind, innerhalb welches vorzugsweise eingangsseitig jeder Kanal 13, Durchtrittsöffnungen 15 aufweist. Jedes Verteilerrohr 14, welches einen Abschnitt des Kanals 13 abschliesst, besitzt über seine gesamte Länge verteilte Öffnungen 16, durch welche Feuchtigkeit in das Erdreich gelangen kann.

Nahe jedes Zylinders 1' zweigt vom Kanal 13 eine Leitung 29 ab, welche zu einer im Bereiche der Einschnürung 2B mündenden Injektordüse 30 führt.

Am Pflanzungsort (Fig. 5) kann die Pflanze in herkömmlicher Weise im Boden wurzeln, oder sie kann, falls sie noch jung ist, in einem Behälter 17 kultiviert werden, in welchem sie von einer Vorkultivationsanlage an den Aussetzungsort gebracht werden kann. Dieser Behälter 17 kann durch eine Platte 18 in einen Wurzelraum 19 und einen Sprossraum 20 (Fig. 6) unterteilt sein, wobei der Wurzelraum 19 in das Erdreich versenkt ist, während der Sprossraum 20 zum Teil in die Atmosphäre ragt und eine durchbrochene, von einem Rahmen 21 versteifte Verpackungsfolie 22 aufweist. Diese Folie um-schliesst auch den Wurzelraum und besitzt sowohl im Wurzelraum als auch in dem im Erdreich befindlichen Teil des Sprossraumes Durchbrechungen 23 bzw. 24 zum Eindringen der Bodenfeuchtigkeit aus dem Kanal 13 bzw. dem Verteilerrohr 14. Der Boden der Folie besitzt eine Durchbrechung 25, welche für den Transport der Pflanze von der Züchtungsstelle durch eine Nährkassette 26 verschlossen sein kann.

Die beschriebene Anlage arbeitet in folgender Weise: Die Feuchtigkeit enthaltende Luft gelangt durch den Trichter 2A, den Horizontalteil 2C, die Verteilerkammer 6 und das Zulaufrohr 7 in den Zylinder 1. Die Beschichtung 4 bewirkt, dass die nachts in den Zylinder einströmende, kühlere, feuchte Luft ihre Feuchtigkeit zum Grossteil an die Beschichtung 4 abgibt, die Feuchtigkeit also von der Beschichtung 4 gespeichert wird, von welcher sie am Tage unter dem Einfluss der Sonnenbestrahlung 5 verdampft. Während des Tages wird die Luft durch den Einfall der Sonnenstrahlen erhitzt und strömt zum Grossteil in den Kanal 13, in welchem sie zu den einzelnen Pflanzen gelangt, wo die Erdtemperatur, bedingt durch die grossen Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht wesentlich geringer als im isolierten Bereich des Zylinders 1 ist. In diesem Erdbereich wird die Feuchtigkeit der durch die Öffnungen 15 in das Verteilerrohr 14 gelangenden Luft teilweise kondensieren und gelangt, von einem Teil der Luft mitgenommen, durch das Erdreich und die Durchbrechungen 23, 24 zum Wurzel-und Sprossraum der Pflanze, welche die von ihr benötigte Feuchtigkeit aufsaugt.

Um einen Dampfverlust im Bereiche der Pflanze zu verhindern, ist die Erdoberfläche um die Pflanze herum von einer Schicht 27 gebildet, welche eine Dampfsperre ergibt.

Ein Teil der vom Zylinder abströmenden Luft gelangt durch die Leitung 29 zur Injektordüse 30, wodurch die Ansaugwirkung der Luft durch den Trichter 2A erhöht wird.

Die erfindungsgemässe Anlage und die Pflanze schaffen durch die von letzterer ausgehende Abströmung 28 über die

Luftatmosphäre einen geschlossenen Kreislauf, in welchem die Pflanze zur Selbstversorgerin wird.

Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung verschiedene verfahrenstechnische und konstruktionsmässige Änderungen vorgenommen werden. So ist es beispielsweise möglich, wie Fig. 3 zeigt, eine zusätzliche Heizanlage vorgesehen sein, welche einen eigenen Kreislauf eines gasförmigen oder flüssigen Mediums durch ein eigenes Leitungssystem 31 vorsieht, das im Zylinder 1 einen Speicherraum 32 besitzt, der von einer durch Sonnenstrahlung oder Fremdenergie beheizten Wand 33, beispielsweise aus lackiertem Kupfer, umschlossen ist. Von diesem Speicherraum 32 führt eine Leitung 34, die allenfalls, wie Fig. 4 zeigt, die jeweiligen Verteilerrohre 14 berührend, parallel zum Kanal 13 verläuft und sodann im Gegenstrom innerhalb desselben zurückläuft und die darin strömende Luft zusätzlich aufheizt und zur verstärkten Kondensation der mitgeführten Flüssigkeit beiträgt. Das zurückgeführte Medium gelangt durch einen spiralförmigen, im Zylinder 1 befindlichen Wärmetauscher 35 in den Speicherraum 32.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen für die Führung der Leitungen. Nach Fig. 3 wird die Heizleitung 34 im Vorlauf nahe der Erdoberfläche geführt, so dass die darin strömende Luft durch die Sonnenbestrahlung weiter aufgeheizt werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, die Leitung 34 auf der Erdoberfläche zu führen. Hingegen wird der Versorgungskanal 13 tiefer im Erdreich geführt, wo kühlere Zonen vorhanden sind, die das angestrebte Kondensieren bewirken. In diesem Versorgungskanal 13 wird die Heizleitung 34 im Gegenstrom vom Ende des Kanals zum Beginn desselben gefuhrt. In Fig. 4 ist ein Querschnitt eines kombinierten Systems dargestellt, bei welchem die Leitung 34 im Bereiche des Vorlaufes mittels Klammern 35 an den jeweiligen Verteilerrohren 14 befestigt sind. Mit 34' ist der Rücklauf bezeichnet.

Es besteht auch die Möglichkeit den Kanal 13 nahe der Erdoberfläche zu führen und nur im Bereiche einer Pflanze tiefer zu verlegen, um in kühlere Zonen zu gelangen, in welchen Kondenswasser gebildet wird.

Der Kanal 13 kann nach Passieren der letzten zu befeuchtenden Pflanzen in das Erdreich oder in die Atmosphäre münden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel und den beschriebenen Verwendungszweck beschränkt. So kann durch das Erhitzen der Luft und anschliessendes Abkühlen derselben bei entsprechender Anpassung der Anlage Kondensat für die Wasserversorgung von Mensch und Tier gewonnen werden.

So zeigt Fig. 8 eine Anlage, bei welcher ein Behälter 1 an der sonnenbestrahlten Seite eine doppelwandige Hülle 50 besitzt, welche Sonnenstrahlen durchlässt, jedoch Wärmeverluste aus dem Innenraum vermeidet.

Die früher erwähnte Beschichtung 4 ist als Zwischenboden 4' ausgeführt, dessen Unterseite von der abziehenden Luft bestrichen wird. Die Luft gelangt in den Behälter durch einen jn diesen einmündenden isolierten Stutzen 51, dessen Austritts-öffnung nahe dem Zwischenboden 4' gelegen ist. Eine weitere Luftzufuhr ist durch die Leitung 53 vorgesehen, durch welche Luft aus dem Erdreich angesaugt wird.

Hiebei wird eine Injektorwirkung durch eine Düse 54 erzielt, welche mit dem oberen Ende eines schmalen, schrägen Raumes 55 in Verbindung steht, der von der Sonne beheizt wird, und am unteren Ende in den Kanal 53 mündet. Die Rückseite des Raumes 55 ist von einer wärmespeichernden Wand 56 gebildet.

Die im Zylinder 1 befindliche Luft wird durch die Sonnenenergie erwärmt, wobei auch die im Zwischenboden 4' vorhandene Feuchtigkeit verdampft. Die Luft umströmt in Rich-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

626 226

4

tung des Pfeiles A den Stutzen 51, wobei die Feuchtigkeit an den den Sonnenstrahlen nicht direkt ausgesetzten Wandteil 57 des Zylinders, insbesondere während der Nachtzeit kondensiert, die mit einer Innenbeschichtung versehen sein kann, die ähnlich der Beschichtung 4A des einleitend beschriebenen Ausführungsbeispieles des Zylinders 1 nach Fig. 2 sein kann. Das Kondensat fliesst entlang der Innenwand in eine Rinne 58, von wo es zu einer Sammelstelle abgeführt wird. Die entfeuchtete Luft wird infolge der Temperatur- und damit verbundenen Druckunterschiede der Luft in den einzelnen Teilen des Zylinders 1 in der Richtung der Pfeile B an der Unterseite des Zwischenbodens 4' abgeführt. Die Anlage kann um eine Achse 62 schwenkbar sein, so dass sie jeweils in die günstigste Lage zur Sonne gebracht werden kann.

- Bei der Ausführungsform der Anlage nach den Fig. 9 und 10 ist der Behälter oder Zylinder 1 mit aus Segmenten zusammengesetzten Zylinderkörpern 60 versehen, die auf einer Welle drehbar gelagert sind. Es sind drei Reihen von Segmenten vorgesehen, von denen jede Reihe auf einer Welle 59 drehbar gelagert sind, wobei jedes Segment für sich unabhängig drehbar ist. Die Segmente sind aussenseitig mit Prismen 61 versehen, welche aus dem gleichen Material wie die Schicht 4 bestehen, so dass sie Feuchtigkeit der Nachtluft aufnehmen. Bei Tag werden die der Sonne zugekehrten Prismen am raschesten Feuchtigkeit abgeben, wodurch das Gleichgewicht des Segmentes gestört wird, und es sich in eine neue Gleichgewichtslage verdreht, in welcher andere Prismen der Sonnenbestrahlung zugekehrt werden. So wird ein langsames Drehen der Segmente 60 bei ständiger Abgabe der Feuchtigkeit aus den Prismen 61 bewirkt. Die feuchte Luft wird in ein Kanalsystem 62 gelenkt, das im Schatten gelegen ist und allenfalls gekühlt wird, so dass sich Feuchtigkeit an den Wänden, ähnlich wie in den früher beschriebenen Fällen, niederschlagen kann. Bei schräger Anordnung des Kanalsystems fliesst das Kondensat zu einer Sammelstelle ab. Bei dieser Ausführungsform der Anlage ist der Behälter 1 um ein Ansaugrohr 63 schwenkbar gelagert, durch welches kühle Luft aus dem Erdreich angesaugt werden kann. Auf diese Weise kann der Behälter 1 immer in die günstigste Lage zur Sonne gebracht werden. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist der Innenraum der Segmente 60 durch versteifende Glasfasern 64 ausgefüllt.

Fig. 11 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Anlage wie Fig. 10. Die sonnenbestrahlte Wandfläche ist wie in Fig. 8 dargestellt, als doppelwandige Hülle 50 ausgestattet. Boden-seitig sind Öffnungen 65 zur Abfuhr von Sand, welcher in den 5 Behälter 1 allenfalls eingetragen wurde, vorgesehen. Durch die deckenseitige Öffnung 66 strömt Luft in den Behälter 1 ein. Der Kanal 62, welcher an seiner unteren Scheitelstelle in den Raum des Behälters 1 mündet, besitzt an der Mündungsstelle seitliche Borde 68, die Rinnen zur Abfuhr des Kondenswassers io begrenzen.

Ähnliche Ausführungsformen der Anlage zeigen auch die Fig. 12 und 13, in denen die Anlage auf einem elastischen Sockel 69 aufsitzt. Die Anlage nach Fig. 12 besitzt im Innenraum des Behälters 1 einen der Sonne zugekehrten Reflektor 15 70, welcher an der der Sonne abgekehrten Seite der Segmente 60 angeordnet ist.

Seitliche Rinnen 71 dienen zur Abfuhr des Kondensats. Deckenseitig ist eine Öffnung 72 zur Abfuhr der entfeuchteten warmen Luft vorgesehen. Durch ein bodenseitiges Rohr 73 20 wird Luft aus dem Erdreich angesaugt.

Bei der Anlage nach Fig. 13 ist die in der Zeichnung rechts liegende Hälfte des Behälters die sonnenbestrahlte, und die links liegende die mit der Schicht 4 versehene. Bodenseitig ist eine Öffnung 72 zur Sandabfuhr vorgesehen. An den Luftein-25 lassöffnungen 73 sind Klappen 74 angebracht, die unter dem Einfluss von Wind die Öffnungen 73 schliessen, so dass in den Behälter 1 kein Sand oder nur im geringen Ausmass eingebracht werden kann. Die Kondensation geht in diesem Falle in einem Dom 75 vor sich, der mit einer Ausströmöffnung 72 30 versehen ist und das Kondensat in seitlichen, bodenseitigen Rinnen 71' abführt.

Weiter besteht die Möglichkeit, die Luft, beispielsweise im Vorratsraum, welcher anstelle der beschriebenen Zylinderform jede andere dem jeweiligen Fall entsprechende Gestalt annehmen kann, mit Nährstoffen u. a. anzureichern.

Schliesslich ist es auch möglich, den Vorratsraum in ein Rohrsystem aufzuteilen oder dem Vorratsraum ein Rohrsystem voranzustellen, welches eine grosse Angriffsfläche der 40 Sonnenbestrahlung aussetzt, und damit eine höhere Lufterwärmung erzielt.

s

6 Blatt Zeichnungen

Claims

626 226

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus der Luft, insbesondere für die Kultivation von Pflanzen, dadurch gekennzeichnet, dass einem Behälter, welcher zum Teil von einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Wand umschlossen ist und mit dieser der Sonnenbestrahlung ausgesetzt wird, aus der Atmosphäre Luft zugeführt wird, welche darin während der Nacht Feuchtigkeit an eine aus wärme- und feuchtigkeitsspeichern-dem Material bestehende, die Kondensation unterstützende Beschichtung der Innenwand abgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und das Kondensat während des Tages durch die Sonnenbestrahlung erwärmt werden, so dass das Kondensat wieder verdampft, wobei die feuchte Luft unterirdisch zu Verbraucherstellen gebracht wird, in deren Bereich die Erdzone kühler als die geführte feuchte Luft ist, so dass die Feuchtigkeit der Luft aus dieser Stelle teilweise kondensiert.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen der Sonnenbestrahlung ausgesetzten Zylinder (1) mit mindestens einem Zufuhrkanal (2) für die Atmosphärenluft, wobei zumindest der der Sonnenbestrahlung ausgesetzte Teil des Zylinders (1) aus einem Sonnenstrahlen durchlassenden Material besteht und der übrige Teil mit einer Innenbeschichtung (4) aus wärme-und feuchtigkeitsspeicherndem Material versehen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus wärme- und feuchtigkeitsspeicherndem Material bestehende Innenbeschichtung als Zwischenboden ausgeführt ist.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) an ein im Erdbereich verlegtes, zu Verbraucherstellen führendes Kanalsystem (3) angeschlossen ist, welches im Bereiche derselben Austrittsstellen (15,16) für das Kondensat besitzt, wobei jeder Kanal (13) im Bereiche einer jeden Verbraucherstelle in Abstand von einem mit in das Erdreich mündenden Öffnungen (16) versehenem Verteilerrohr (14) umschlossen ist und eingangsseitig in das Verteilerrohr (14) führende Durchtrittsöffnungen (15) aufweist.

6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) im wesentlichen horizontal angeordnet und mit einem Teil seines Umfanges im Erdboden versenkt ist, wobei die Erdoberfläche um den versenkten Teil des Zylinders durch eine Sonnenstrahlen aufnehmende und an das Erdreich weiterleitende Schicht (10) abgedeckt ist (Fig. 2).

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder (1) vorgesehen sind, welche durch Stützringe (1") verbunden und jeweils an einen zu einer Verbraucherstelle führenden Kanal (13) angeschlossen sind.

8. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorratsraum (1) eine Speicherkammer (32) vorgesehen ist, welche von der Sonnenbestrahlung beheizt, eine den Kanal (13) im Gegenstromprinzip beheizende, in die Speicherkammer (32) zurückführende Leitung (34) mit einem Heizmedium versorgt (Fig. 3).

9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu den Verbraucherstellen führende Kanalsystem (3) eine Leitung (29) aufweist, welche nahe eines jeden Zylinders (1,1') von einem Kanal (13) abzweigt und zu einer im Bereiche einer Einschnürung (2B) des Zufuhrkanals (2) mündenden Düse (30) führt.