DE102007055448A1 - Solar distillation plant for extracting clean fresh water from dirty primary water such as salt and brackish water, comprises housing closed with translucent cover, evaporation surface, medium circulation circuit and distillate container - Google Patents
Solar distillation plant for extracting clean fresh water from dirty primary water such as salt and brackish water, comprises housing closed with translucent cover, evaporation surface, medium circulation circuit and distillate container Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Solardestillationsanlage mit einem nach oben mit einem lichtdurchlässigen Deckel abgeschlossenen Gehäuse, einer Evaporationsfläche in dem Gehäuse, die auf den Deckel so ausgerichtet ist, dass durch den Deckel hindurchtretende Sonnenenergie auf eine Oberseite der Evaporationsfläche auftrifft, mit einem Mediumzirkulationskreislauf mit Leitungen zum Transport eines zu destillierenden flüssigen Mediums, die in Richtung der Oberseite der Evaporationsfläche ausgerichtete Öffnung zum Leiten von Medium auf die Evaporationsfläche haben, und mit einem zum Auffangen von Destillat des Mediums in dem Gehäuse angeordneten Auffangbehälter.The The invention relates to a solar distillation plant with a after closed at the top with a translucent lid Housing, an Evaporationsfläche in the housing, which is aligned on the lid so that passing through the lid Solar energy on top of the evaporation surface impinges, with a medium circulation circuit with lines for Transport of a liquid medium to be distilled, the towards the top of Evaporationsfläche aligned opening to direct medium to the evaporation surface, and with a device for collecting distillate of the medium in the housing arranged collecting container.
Solardestillen
zur Gewinnung von sauberem Süßwasser aus schmutzigem
Primärwasser unter direkter Ausnutzung von Sonnenenergie,
die einem mit dem Primärwasser benetzte Evaporations- bzw.
Verdampfungsfläche erwärmt, sind hinreichend beispielsweise
aus der
In
der
Im Tagesverlauf verändern sich die thermischen Bedingungen ständig. Dies führt zu einer noch nicht zufrieden stellenden Gesamtausbeute der bekannten Solardestillen.in the Over the course of the day, the thermal conditions change constantly. This leads to a not yet satisfied overall yield of the known solar stillilles.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Solardestillationsanlage zu schaffen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.task The present invention is therefore an improved solar distillation plant to create, which has an improved efficiency.
Die Aufgabe wird mit der Solardestillationsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Evaporationsfläche aus einem nicht isolierten, wärmeleitenden Material gebildet ist, so dass bei der Kondensation von Medium an der Unterseite der Evaporationsfläche Energie zur Oberseite der Evaporationsfläche zurückgeführt wird.The Task is with the solar distillation plant of the aforementioned Kind solved by the fact that the Evaporationsfläche formed from a non-insulated, thermally conductive material is so that when condensing medium at the bottom of the evaporation surface Energy returned to the top of Evaporationsfläche becomes.
Es wurde erkannt, dass der Wirkungsgrad der Solardestillationsanlagen wesentlich durch die Ausnutzung der im Gehäuse verfügbaren Energie bestimmt ist und erhebliche Enthalpie in dem Kondensationsprozess steckt. Dabei kommt es nicht – wie bislang angenommen – darauf an, die Unterseite der Evaporationsfläche möglichst kühl zu halten, um eine Kondensation des im Gehäuse zirkulierenden dampfförmigen Mediums an der Unterseite der Evaporationsfläche und an Kondensatoren herbeizuführen. Vielmehr wurde erkannt, dass der Wärmefluss von Unterseite zu Oberseite der Evaporationsfläche entscheidend für den Wirkungsgrad von Solardestillationsanlagen ist. Der Wärmewiderstand der Evaporationsfläche ist dabei so gering wie mög lich zu halten, um die an der Unterseite der Evaporationsfläche beim Kondensieren des dampfförmigen Mediums frei werdende Kondensationsenergie wieder an die Oberseite der Evaporationsfläche zurückzutragen, um dort den Verdampfungsprozess des Mediums zu fördern. Überraschenderweise führt diese Rückführung der Enthalpie über die Kondensation an der Rückseite der Evaporationsfläche zur Oberseite der Evaporationsfläche zu einer höheren Ausbeute, ohne dass die im Vergleich zu den bisher bekannten Evaporationsflächen höhere Temperatur der Unterseite der Evaporationsfläche den Kondensationsprozess überproportional beeinträchtigt. Dies ist dadurch bedingt, dass die Luftmassen oberhalb der Evaporationsfläche wesentlich wärmer sind, als die Luftmassen unterhalt der Evaporationsfläche, so dass es für die Kondensation nicht wesentlich auf die Temperatur der Unterseite der Evaporationsfläche ankommt.It it was recognized that the efficiency of solar distillation plants significantly by exploiting the available in the housing Energy is determined and significant enthalpy in the condensation process plugged. It does not - as previously assumed - on it on, the bottom of Evaporationsfläche possible Keep cool to avoid condensation in the housing circulating vaporous medium at the bottom the Evaporationsfläche and on capacitors cause. Rather, it was realized that the heat flow from the bottom to the top of the Evaporationsfläche crucial for the efficiency of solar distillation equipment is. The thermal resistance The Evaporationsfläche is as low as possible, please include to stick to the at the bottom of the evaporation surface when Condensation of the vaporous medium released condensation energy back to the top of the Evaporationsfläche back to there to promote the evaporation process of the medium. Surprisingly performs this recycling of enthalpy the condensation on the back of the evaporation surface to the top of the Evaporationsfläche to a higher Yield, without that in comparison to the previously known Evaporationsflächen higher temperature of the underside of the Evaporationsfläche disproportionately affected the condensation process. This is due to the fact that the air masses above the Evaporationsfläche are much warmer than the air masses keeps the Evaporation surface, making it suitable for condensation not significantly on the temperature of the bottom of Evaporationsfläche arrives.
Um eine kontinuierliche Luftzirkulation sicherzustellen ist vorteilhaft, das Luftvolumen oberhalb der Evaporationsfläche annähernd gleich zu dem Luftvolumen unterhalb der Evaporationsfläche ist. Damit wird sichergestellt, dass das kühlere Luftvolumen unterhalb der Evaporationsfläche im ständigen Austausch mit dem wärmeren Luftvolumen oberhalb der Evaporationsfläche steht.Around ensuring continuous air circulation is beneficial approximate the air volume above the evaporation surface equal to the volume of air below the Evaporationsfläche. This will ensure that the cooler air volume below the evaporation area in permanent Exchange with the warmer air volume above the evaporation surface stands.
Unter einem annähernd gleichen Luftvolumen wird verstanden, dass der Unterschied der Luftvolumen unterhalb und oberhalb der Evaporationsfläche maximal 10% beträgt.Under An approximately equal volume of air is understood that the difference in air volumes below and above the evaporation surface maximum 10%.
Vor dem Auftragen des Mediums auf die Evaporationsfläche ist es vorteilhaft, diese vorzuwärmen. Dies kann mit mindestens einer Kondensatoranordnung erfolgen, durch die der Mediumzirkulationskreislauf geführt ist und die in dem Gehäuse angeordnet ist. Eine der Kondensatoranordnungen kann beispielsweise im oberen Bereich des Gehäuses unterhalb der Evaporationsfläche angeordnet sein.Before applying the medium to the Evaporationsfläche it is advantageous to preheat this. This can be done with at least one capacitor arrangement through which the medium circulation circuit is guided and which is arranged in the housing. One of the capacitor arrangements can be arranged for example in the upper region of the housing below the Evaporationsfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere Kondensatoranordnung im unteren Bereich des Gehäuses angrenzend an die Unterkante der Evaporationsfläche angeordnet. Damit kann der Luftaustausch verbessert werden, da die Luft au ßerhalb der Kondensatoranordnung gekühlt wird, indem die den Luftmassen in dem Bereich entzogene Wärme mindestens teilweise in das Medium geleitet wird.In A preferred embodiment is a further capacitor arrangement in the lower part of the housing adjacent to the lower edge of the housing Evaporation surface arranged. This allows the air exchange be improved, since the air au outside the capacitor array is cooled by the air masses in the area withdrawn Heat is at least partially passed into the medium.
Der Wirkungsgrad kann durch Wärmeisolierung des Gehäuses weiter verbessert werden. Eine besonders robuste, einfache und preiswerte Variante ist, wenn das Gehäuse aus einer faserverstärkten Kunststoffwanne mit integral eingebautem Isolierstoff gebildet ist. Als faserverstärkte Kunststoffwanne bietet sich ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder ein kohlefaserverstärkter Kunststoff an. Der Isolierstoff kann dabei im Vakuumverfahren integral mit der inneren und äußeren Kunststoffwanne gefertigt werden.Of the Efficiency can be achieved by heat insulation of the housing be further improved. A particularly robust, simple and inexpensive Variant is when the housing is made of a fiber reinforced plastic tub is formed with integrally incorporated insulating material. As fiber reinforced Plastic tub offers a glass fiber reinforced plastic (GRP) or a carbon fiber reinforced plastic. Of the Insulating material can in the vacuum process integral with the inner and outer plastic tub are made.
Der Deckel zum oberen Abschluss des Gehäuses hat vorzugsweise mindestens eine Isolierglasscheibe. Derartige Isolierglas- oder Thermopenscheiben sind hinreichend bekannt und bestehen aus zwei oder mehr über Vakuumräume voneinander getrennte Scheiben. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche der Isolierglasscheibe aufgeraut ist. Damit kann die Reflektion der Isolierglasscheibe reduziert werden, so dass der Anteil der in das Gehäuse hingelangenden Sonnenenergie vergrößert wird. Das Aufrauen der Oberfläche der Isolierglasscheibe kann durch eine Beschichtung aus Siliziumdioxid erfolgen.Of the Lid to the upper end of the housing preferably has at least one insulating glass pane. Such insulating glass or Thermopenscheiben are well known and consist of two or more about vacuum spaces separated from each other Slices. To improve the efficiency, it is advantageous if the surface of the insulating glass pane is roughened. Thus, the reflection of the insulating glass pane can be reduced so that the proportion of solar energy going into the housing is enlarged. The roughening of the surface The insulating glass pane can be covered by a coating of silicon dioxide respectively.
Zur Reduzierung des Austritts von wärmetragender Lichtstrahlung, insbesondere von UV-Licht ist die Unterseite der Isolierglasscheibe vorzugsweise ebenfalls behandelt, indem diese mit einer silberhaltigen Beschichtung beschichtet ist. Die Beschichtung ist vorzugsweise auf der Innenseite der unteren Glasscheibe angeordnet, die in dem Vakuumraum liegt.to Reduction of the escape of heat-carrying light radiation, in particular of UV light is the underside of the insulating glass pane preferably also treated by adding a silver-containing Coating is coated. The coating is preferably arranged on the inside of the lower glass pane, which is in the Vacuum space is located.
Auf diese Weise wird verhindert, dass die silberhaltige Beschichtung einem Korrosionseinfluss ausgesetzt ist.On This way it prevents the silver-containing coating is exposed to corrosion.
Die Thermik in dem Gehäuse kann verbessert werden, wenn ein oberer, an die Kondensatorenanordnung angrenzender Bereich der Evaporationsfläche wärmeisoliert ist. Auf diese Weise wird der Temperaturgradient im oberen Bereich des Gehäuses zwischen der Luftmasse oberhalb der Evaporationsfläche und der Luftmasse unter halb der Evaporationsfläche vergrößert, was zu einer verbesserten Thermik führt, ohne dass die Energierückgewinnung bei der Kondensation von der Unterseite der Evaporationsfläche zur Oberseite wesentlich beeinträchtigt wird.The Thermal in the case can be improved if one upper area of the evaporation surface adjacent to the capacitor arrangement is thermally insulated. In this way the temperature gradient becomes in the upper area of the housing between the air mass above the Evaporationsfläche and the air mass under half of Evaporation area increased, causing too An improved thermals leads without the energy recovery at the condensation from the bottom of the Evaporationsfläche is significantly impaired to the top.
Zur Vergrößerung der Evaporationsfläche ist es vorteilhaft, diese treppenförmig auszuführen. Eine Vielzahl aufeinanderfolgender Treppenstufenflächen ist im Abstand voneinander so angeordnet, dass sich die jeweils aufeinanderfolgenden Treppenstufenflächen teilweise überlappen, dies führt zu einem Zick-Zack-förmigen Treppenverlauf. Die Hinterkante einer jeweiligen Treppenstufenfläche ist dabei vorzugsweise mit der überlappenden Vorderkante der darüber liegenden Treppenstufenfläche über eine Verbindungsplatte miteinander verbunden.to It is enlargement of the evaporation area advantageous to perform this staircase. A plurality of successive stair step surfaces is at a distance from each other so arranged that each successive Partially overlap staircase surfaces, this leads to a zig-zag staircase. The trailing edge of a respective step step surface is preferably with the overlapping leading edge of the above lying step step surface via a connecting plate connected with each other.
Die Evaporationsfläche ist vorzugsweise aus einem Metallblech gebildet, dass einen geringen Wärmewiderstand zwischen Unterseite und Oberseite des Metallblechs hat.The Evaporation surface is preferably made of a metal sheet formed that low thermal resistance between Has bottom and top of metal sheet.
Zum Sammeln des sich nicht nur an der Unterseite der Evaporationsfläche, sondern auch an der Innenseite des Deckels ansammelnden Destillats ist es vorteilhaft, wenn an den innenseitigen Oberflächen der das Gehäuse abschließenden Glasabdeckungen Kondensatablaufrinnen angeordnet sind, die das Destillat seitlich ableiten, so dass dieses in den Auffangbehälter fließen kann.To the Collecting not only at the bottom of the Evaporationsfläche, but also on the inside of the lid accumulating distillate It is advantageous if on the inside surfaces the glass covers closing the case Condensate drainage channels are arranged, which the distillate laterally divert so that this flow into the collecting container can.
In entsprechender Weise können auch Ablaufrinnen an der Unterseite der Evaporationsfläche vorgesehen sein.In corresponding way can also gutters at the bottom the Evaporationsfläche be provided.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Durchflusssteuerungsventil im Mediumzirkulationskreislauf vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Temperatur im Gehäuse so steuerbar ist, dass bei geringerer Temperatur ein reduzierter Durchfluss des Mediums und bei höherer Temperatur ein erhöhter Durchfluss des Mediums erfolgt. Dieses Durchflusssteuerungsventil kann über eine elektronische Steuerung verbunden werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Durchflusssteuerungsventil automatisch beispielsweise mit Hilfe eines Bimetalls oder eines hydraulisch arbeitenden Dehnungskörpers den Durchfluss an die Temperatur im Gehäuse anpasst. Damit ist ein nahezu optimaler Betrieb der Solardestillationsanlage ohne aufwendige Steuerungselektronik möglich. Insbesondere wird durch die Reduzierung des Mediumzuflusses bei geringerer Temperatur auf der Evaporationsfläche sichergestellt, dass mit der verfügbaren Energie das Medium in möglichst großer Menge in die Dampfphase übergehen kann.Farther It is advantageous if at least one flow control valve is provided in the medium circulation circuit, depending on of the temperature in the housing is so controllable that at lower temperature a reduced flow of the medium and at elevated temperature an increased flow the medium takes place. This flow control valve can be over be connected to an electronic control. Is particularly advantageous However, if the flow control valve automatically, for example with the help of a bimetal or a hydraulic expansion body adjusts the flow to the temperature in the housing. In order to is a nearly optimal operation of the solar distillation plant without consuming Control electronics possible. In particular, by the Reduction of the medium inflow at a lower temperature on the Evaporation area ensures that with the available Energy the medium in as large a quantity as possible the vapor phase can pass.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It shows:
Die
Das
Gehäuse
Die
Oberseite des Gehäuses
In
das Gehäuse
Unterhalb
der Kunststoffwanne
Zum
Auffangen von nicht destilliertem Medium ist im unteren Bereich
der Evaporationsfläche
Mit
einem Schwimmer
Die
Regeleinheit
Die
Nutzung eines äußeren Mediumzirkulationskreislaufes
ist optional, aber bevorzugt. Die Ableitung von Solekonzentrat
Unter
Sonneneinstrahlung entsteht in der Kunststoffwanne
In
einer Vorwärmphase wird kein Primärmedium auf
die Evaporationsfläche
Die
Betriebsphase wird erst dann gestartet, wenn im oberen Bereich des
Evaporationsraums
In
der Betriebsphase wird dann in Abhängigkeit von der Temperatur
auf der Evaporationsfläche
Weiterhin
wird vorzugsweise eine Luftzirkulation durch gezielte Kühlung
des Raumes im oberen Bereich der Evaporationsfläche
Dieses
erwärmte Frischmedium kann entweder wieder abgeführt
werden oder in Teilmengen oder vollständig über
die Regeleinheit
Der
Wechsel zwischen der Vorwärmphase und der Betriebsphase
und ggf. der Wechsel zwischen Betriebsphase und einer Abklingphase
kann durch Auswertung eines Tagestemperaturverlaufs der Temperatur
in einem Bereich innerhalb der Solardestille
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 3829725 A1 [0002, 0003] - DE 3829725 A1 [0002, 0003]
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