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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Destillation von Flüssigkeiten mit einer Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr in eine schräg zur Waagerechten angeordnete Verdunstungskammer, die bodenseitig eine mit der Flüssigkeit benetzbare Verdunstungsfläche aufweist, die seitlich von Wänden umschlossen und die nach oben hin durch eine transparente oder transluzente, in einem Abstand zur Verdunstungsfläche angeordnete Abdeckung geschlossen ist, und einem an die Verdunstungskammer angeschlossenen Flüssigkeitsablauf für die destillierte Flüssigkeit und Restmengen der zu verdampfenden Flüssigkeit.
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Derartige Destillationsvorrichtungen können beispielsweise benutzt werden, um aus Brackwasser oder Meerwasser Trinkwasser zu gewinnen. Auch für die Destillation anderer Flüssigkeiten können die bekannten Vorrichtungen genutzt werden. In den bekannten Vorrichtungen verteilt sich die eingeleitete Flüssigkeit auf der schrägen Verdunstungsfläche der Schwerkraft folgend und wird dabei von der Energie der auf die Vorrichtung strahlenden Sonne verdampft. Die verdampfte Flüssigkeit steigt von der Verdunstungsfläche auf und kondensiert danach an der ebenfalls bevorzugt schräg angeordneten Abdeckung. Die Abdeckung ist beispielsweise eine Glasscheibe. Die an der Abdeckung kondensierte Flüssigkeit läuft der Schwerkraft folgend an dieser in Richtung des Flüssigkeisablaufs für die destillierte Flüssigkeit ab. Dort kann sie gesammelt und weiter zu Trinkwasser aufbereitet werden. Diejenige Flüssigkeit, die während des Durchlaufs durch die Verdunstungskammer nicht verdunstet ist, kann ebenfalls in einen Flüssigkeitsablauf gelangen und von dort aus erneut in die Verdunstungskammer befördert werden. In der ursprünglich eingeleiteten Flüssigkeit enthaltene feste oder gelöste Verschmutzungen und sonstigen Inhaltsstoffe bleiben auf der Verdunstungsfläche zurück oder laufen mit überschüssiger Flüssigkeit in den Rücklauf. Aus der Schrift
US 6,355,144 B1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Mit derartigen Vorrichtungen können in mittleren Breitengraden der Erde wegen des steilen Einstrahlungswinkels der Sonne schon sehr ordentliche Durchsatzmengen von Flüssigkeit verarbeitet werden. Da die Vorrichtungen autark arbeiten und auf keine fossil erzeugte oder elektrische zusätzliche Energie für den Betrieb angewiesen sind, können sie gut in Regionen mit unterentwickelter Infrastruktur betrieben werden. Sie bedürfen keiner aufwendigen Wartung und sind kostengünstig herstellbar. Durch den Einsatz entsprechender Stückzahlen von Vorrichtungen können die verarbeitbaren Flüssigkeitsmengen einfach an einen jeweiligen Bedarf angepasst werden.
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Die bekannten Vorrichtungen nutzen die verfügbare Leistung des Sonnenlichts nicht mit einem optimalen Wirkungsgrad aus. Bei einer kontinuierlichen Zuförderung der Flüssigkeit wird häufig mehr Flüssigkeit zugefördert, als in der kurzen Zeit des Überlaufs über die Verdunstungsfläche davon verdampfen kann. So erwärmt sich zwar ein Teil der Flüssigkeit während des Durchlaufs, im Rücklauf geht ein Teil der dadurch bereits gewonnenen Wärme aber wieder verloren. Ein weiteres Problem ist auch, dass die Verdunstungsfläche während der Nutzung immer wieder verschmutzt. Die gleichmäßige Benetzung der Oberfläche der Verdunstungsfläche mit der Flüssigkeit wird dadurch gestört. Auch ergeben sich Unterschiede, wie effektiv die jeweilige Fläche die auftreffende Sonnenergie in Wärmeenergie umwandelt. Schließlich wird die zugeführte Flüssigkeit häufig ungleichmäßig über die Breite der Verdunstungsfläche verteilt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Vorrichtungen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, indem die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr ein Zuflussunterbrechungsmittel, mit dem Aufgabemengen der Flüssigkeit mit zeitlichen Unterbrechungen der Verdunstungsfläche zuführbar sind, und ein Breitverteilmittel zur Breitverteilung der Flüssigkeit über die Breite oder Teilbreite der Verdunstungsfläche aufweist.
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Durch das Zuflussunterbrechungsmittel ist es möglich, die Flüssigkeit nicht mehr kontinuierlich, sondern diskontinuierlich der Verdunstungsfläche zuzuleiten. In den Zeitintervallen, in denen der Zufluss unterbrochen ist, kann die vorher zugeführte Flüssigkeit weitgehend oder vollständig auf der Verdunstungsfläche verdampfen. Dadurch wird vermieden, dass bereits erwärmte, aber noch nicht verdampfte Flüssigkeit auf der Verdunstungsfläche sich mit neu zugeführter Flüssigkeit vermischt und in den Rücklauf gespült wird, von wo sie erneut der Verdunstungsfläche zugeführt werden müsste. Beim Umlauf geht viel von der bereits aufgenommenen Energie wieder verloren. Das Zuflussunterbrechungsmittel kann beispielsweise ein Ventil in einer Zuführleitung oder ein sonstiges geeignetes technisches Mittel sein. Das Zuflussunterbrechungsmittel kann manuell oder automatisch betrieben werden.
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Das Breitverteilmittel dient dem Zweck, die zugeführte Flüssigkeit mit einer möglichst gleichmäßigen Querverteilung an die Verdunstungsfläche abzugeben. Das Breitverteilmittel kann beispielsweise ein Ausguss, ein Überlauf oder eine Mündungsdüse sein, welcher/welche so geformt ist, dass sich ein Flüssigkeitsfilm von annähernd gleicher Dicke über die Breite der Verdunstungsfläche ergießt. Es können auch mehrere Ausgüsse, Überläufe oder Mündungsdüsen vorgesehen sein, die nebeneinander über die Breite der Verdunstungsfläche verteilt angeordnet sind. Durch die über die Breite der Verdunstungsfläche annähernd gleich dicke Beschickung mit der Flüssigkeit ergibt sich auch eine gleichmäßige Verdunstung von Flüssigkeit über die Breite. Dadurch kann die volle Verdunstungsleistung der Verdunstungsfläche genutzt werden, und die Verdunstungsfläche trocknet annähernd gleichmäßig ab, um danach eine neue Charge der zu verdunstenden Flüssigkeit zugeben zu können.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr aus einem Tank gespeist, der in einer Höhe oberhalb der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr angeordnet ist. Die zu verdampfende Flüssigkeit läuft dann nur durch die Schwerkraft in die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr und wird dadurch mit einem gleichbleibenden, aber vergleichsweise niedrigen Druck der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr zugefördert. Da die von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verarbeitbaren Flüssigkeitsmengen im Regelfall nur einige Liter pro Tag betragen, kann der Tank auch ohne Schwierigkeiten von einer einzigen Person in einer erforderlichen Höhe aufgehängt oder befüllt werden. Der Tank muss bei einer passenden Größe dann nur ein- oder zweimal pro Tag nachgefüllt werden, so dass sich ein geringer Betreuungsaufwand während des Betriebs der Anlage ergibt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsleitung zwischen dem Tank und der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr abschnittweise durch die Verdunstungskammer geführt. Hierdurch wird die der Verdunstungskammer zugeführte Flüssigkeit vorgewärmt, so dass die Temperaturdifferenz, die zur bis zur Verdunstung in der Verdunstungskammer erreicht werden muss, nicht mehr so hoch ist. Der in der Verdunstungskammer befindliche Abschnitt der Verbindungsleitung entzieht dadurch dem Gas in der Verdunstungskammer etwas Wärme, diese Wärme ginge zu einem Teil aber sonst sowieso als Strahlungswärme des Gehäuses verloren. Durch die Zuförderung der bereits vorgewärmten Flüssigkeit in die Verdunstungskammer wird die Verdunstungszeit einer zugeförderten Flüssigkeitsmenge verringert, die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung wird dadurch insgesamt höher.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr als Zuflussunterbrechungsmittel einen Flüssigkeitsspeicher auf, dem die zu destillierende Flüssigkeit über eine Zuführleitung zugeführt wird und in dem eine Aufgabemenge ansammelbar ist, der Flüssigkeitsspeicher weist ein mit ihm verbundenes Schaltmittel auf, nach dessen Vorgabe der Flüssigkeitsspeicher in einem Sammelmodus oder in einem Abgabemodus betreibbar ist, der Flüssigkeitsspeicher wechselt auf ein Freigabesignal des Schaltmittels vom Sammelmodus in den Abgabemodus, und der Flüssigkeitsspeicher weist eine Abgabeöffnung auf, die einen schwallartigen Auslauf der in ihm angesammelten Aufgabemenge ermöglicht. Der schwallartige Auslauf bietet den Vorteil, dass die Flüssigkeitswelle die Verdunstungsfläche über ihre gesamte Länge zu überrollen vermag. Die schwallartige Welle, die sich über die Verdunstungsfläche ergießt, benetzt deren Oberfläche vollständig mit der zu verdampfenden Flüssigkeit. Das ist vorteilhaft für den Wirkungsgrad der Vorrichtung. In dem kurzen Moment, in dem die schwallartige Welle über die Verdunstungsfläche abläuft, kann die zu verdampfende Flüssigkeit nicht allzu viel Energie vom Material der Verdunstungsfläche aufnehmen, so dass sich der Teil der Flüssigkeit, der in der schwallartigen Welle bis nach unten in den Flüssigkeitsablauf durchläuft, dabei kaum erwärmt und deshalb kaum Energieverluste verursacht. Derjenige Teil der Flüssigkeit, der die Oberfläche der Verdunstungsfläche benetzt, bleibt jedoch an der Oberfläche zurück und nimmt die Wärme aus dem Material der Verdunstungsfläche bis zum Erreichen der Verdunstungstemperatur schnell auf, ohne dabei durch nachlaufende Flüssigkeit wieder abgekühlt zu werden.
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Der schwallartige Auslauf hat noch einen weiteren wichtigen Aspekt für den Wirkungsgrad der Anlage: mit der schwallartig über die Verdunstungsfläche strömenden Flüssigkeit werden auch Rückstände aus der Verdunstung vorheriger Flüssigkeitschargen von der Oberfläche der Verdunstungsfläche abgespült. Die Rückstände können sich dadurch nicht mehr ansammeln und eine isolierende oder Lichtenergie weniger gut absorbierende Materialkruste bilden. Die Verdunstungsfläche bleibt dadurch erheblich sauberer. Die Energieumsetzung wird nicht durch auf der Oberfläche haftende Rückstände gestört. Auch dadurch wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert. Die im Rücklauf der zu verdunstenden Flüssigkeit enthaltenen Rückstände konzentrieren sich natürlich mit der Anzahl der Umläufe immer weiter auf.
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Wenn mit der erfindungsgemäßen Anlage Trinkwasser aus Meerwasser gewonnen wird, kann die Vorrichtung auch zur Salzgewinnung eingesetzt werden. Bei einem Salzgehalt des Meerwassers von beispielsweise 3,5 %, was einer Salzmenge von 3,5 g/l entspricht, können schon nach einem drei- bis viermaligen Umlauf der Restmengen durch den Rücklauf Konzentrationen von Salz in der Flüssigkeit erreicht werden, bei denen nach der Verdunstung der Flüssigkeit von der Verdunstungsfläche Salzrückstände von der Verdunstungsfläche abgenommen werden können.
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Ab einer gewissen Konzentration der Rückstände ist es sinnvoll, die entsprechende Charge der Flüssigkeit aus dem Umlauf zu entfernen, da die Verdunstung der Flüssigkeit bei einer höheren Konzentration von in Lösung befindlichen Stoffen mehr Energie verbrauchen kann als bei niedrigeren Konzentrationen und der Wirkungsgrad der Vorrichtung dadurch sinken würde.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Flüssigkeitsspeicher beweglich auf einer Welle gelagert und weist einen ersten und einen zweiten Aufnahmebehälter auf, die nach Art einer Waage auf gegenüberliegenden Seiten der Welle angeordnet und starr miteinander verbunden sind, der erste und der zweite Aufnahmebehälter sind durch einen Überlauf miteinander verbunden, die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr leitet die zu verdampfende Flüssigkeit zumindest überwiegend oder vollständig in den ersten Aufnahmebehälter ein, der bis zu seiner vollständigen Befüllung von einem Anschlag in seiner Befüllposition abgestützt ist und schwerer wiegt als der zweite Aufnahmebehälter, und der Boden des ersten Aufnahmebehälters ist im Verhältnis zum Überlauf so geformt, dass bei einer überlaufbedingten Befüllung des zweiten Aufnahmebehälters und einer dadurch induzierten Rotation des Flüssigkeitsspeichers um die Achse der Welle eine zusätzliche Menge der im ersten Aufnahmebehälter angesammelten Menge der Flüssigkeit über den Überlauf in den zweiten Aufnahmebehälter strömt, so dass sich die Rotationsbewegung des Flüssigkeitsspeichers verstärkt und die im ersten und zweiten Aufnahmebehälter angesammelte Flüssigkeit schwallartig über die dem ersten Aufnahmebehälter abgewandte Seite des zweiten Aufnahmebehälters aus dem Flüssigkeitsspeicher austritt.
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Die Ausbildung des Flüssigkeitsspeichers als eine Art Waage bewirkt, dass der erste Aufnahmebehälter zunächst in einem Zeitintervall mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit vollständig befüllt werden kann, ohne dass die dort angesammelte zu verdampfende Flüssigkeit in die Verdunstungskammer gelangt. Während dieser Zeit kann eine zuvor vom Flüssigkeitsspeicher auf die Verdunstungsfläche beförderte Flüssigkeitsmenge verdampfen, ohne dass diese durch die nächste Charge der zu verdampfenden Flüssigkeit abgekühlt und abgeschwemmt wird. Nach der Befüllung des ersten Aufnahmebehälters bewirkt der Überlauf der Flüssigkeit in den zweiten Aufnahmebehälter aber sehr schnell, dass der Flüssigkeitsspeicher um die Welle umschlägt und die bis dahin angesammelte Flüssigkeit in einem Schwall als eine Charge auf die Verdunstungsfläche im Verdunstungsbehälter abwirft. Nachdem die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher ausgetreten ist, wiegt der erste Aufnahmebehälter wieder schwerer als der zweite Aufnahmebehälter, und der Flüssigkeitsspeicher rotiert der Schwerkraft folgend wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Der Flüssigkeitsspeicher ist ein Breitverteilmittel, weil aus ihm die Flüssigkeit in voller Breite austreten kann.
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Der als Waage ausgebildete Flüssigkeitsspeicher funktioniert allein durch die einwirkende Schwerkraft. Das Schaltmittel des Flüssigkeitsspeichers, nach dessen Vorgabe der Flüssigkeitsspeicher in einem Sammelmodus oder in einem Abgabemodus betreibbar ist, ist allein das Gleichgewicht zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmebehälter. Wenn sich das Gleichgewicht zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmebehälter durch die zugeförderte und überlaufende Flüssigkeit auf den zweiten Aufnahmebehälter verlagert, schlägt der Flüssigkeitsspeicher schwerkraftbedingt um und wirft die angesammelte Flüssigkeit auf die Verdunstungsfläche ab. Eine solche Lösung bedarf keines gesonderten Antriebs, und es sind keine Ventile oder anderen Maschinenelemente erforderlich, die gewartet werden müssen. Die Taktung, wie schnell eine neue Charge der zu verdampfenden Flüssigkeit auf die Verdampfungsfläche befördert wird, kann allein durch die Regelung der Zuführmenge der zu verdampfenden Flüssigkeit zur Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr auf einfache Weise eingestellt werden. Dazu kann schon eine einfache auf einen Zuführschlauch aufgeklemmte Klammer oder ein entsprechend passend dimensionierter Zuführschlauch reichen. Die Waage ist verschleißfrei, verschmutzungsresistent, funktionssicher und kostengünstig durch ein mehrfach geeignet gekantetes Blech herstellbar.
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Die Aufnahmekapazität des Flüssigkeitsspeichers sollte an die Größe der Verdunstungsfläche angepasst sein. Die Aufnahmekapazität sollte mindestens so groß sein, dass die als Charge abgegebene Flüssigkeitsmenge ausreicht, um die Verdunstungsfläche vollständig mit der Flüssigkeit zu benetzen. Da sich das Volumen der Flüssigkeitsmenge verringert, während diese über die Verdunstungsfläche nach unten abläuft, sollte die Menge so bemessen sein, dass sich am Ende der Verdunstungsfläche noch ein Überschuss von Flüssigkeit aus einer Charge ergibt, um sicherzustellen, dass die Verdunstungsfläche auch an ihrem unteren Ende noch vollflächig mit der Flüssigkeit benetzt ist und sich dort nicht ein tränenartiger Verlauf der Fließfront mit einer ungleichmäßigen Benetzung der Fläche einstellt. Die überschießende Flüssigkeitsmenge kann gesammelt und in den Rücklauf geleitet werden. Da das Volumen des Flüssigkeitsspeichers feststeht, kann die Dauer der Förderintervalle nur über die Regelung der Zuflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit eingestellt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Aufnahmebehälter des Flüssigkeitsspeichers auf der in die Richtung des Gefälles der Verdunstungsfläche weisenden Seite der Welle angeordnet. Dadurch rotiert der Flüssigkeitsspeicher beim Einlauf der Flüssigkeit in den zweiten Aufnahmebehälter in die Richtung der oberen Begrenzungswand der Verdunstungsfläche. Die aus dem Flüssigkeitsspeicher austretende Flüssigkeit wird dadurch auf das obere Ende der Verdunstungsfläche abgeworfen, und es bleibt auch im oberen Teil der Vorrichtung kein Flächenanteil der Verdunstungsfläche unbenetzt mit Flüssigkeit, was den Wirkungsgrad erhöht.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Flüssigkeitsspeicher als einteiliges Blech ausgebildet und erstreckt sich über die volle Breite der Verdunstungsfläche. Das einteilige Blech ist kostengünstig herstellbar und einfach in der Handhabung. Durch die Erstreckung über die volle Breite der Verdunstungsfläche kann diese vollflächig mit Flüssigkeit benetzt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verdunstungsfläche aus einem Stufenblech aus einem metallischen Material gebildet, auf der Unterseite des Stufenblechs ist eine Wärmeverteilplatte aus einem metallischen Material angeordnet, die bereichsweise in einer Kontaktzone einen körperlichen Kontakt zum Stufenblech hat, und die Hohlräume zwischen dem Stufenblech und der Wärmeverteilplatte sind mit einem Material mit wärmespeichernden Eigenschaften befüllt. Das Stufenblech kann scharf ausgebildete Kanten oder auch gerundete Kanten in einer Wellenform aufweisen, so dass es einem Wellblech ähnlich ist. Als Material für das Stufenblech kann beispielsweise ein Edelstahl verwendet werden, der unempfindlich ist gegen Korrosion und beispielsweise zugelassen ist, um mit Trinkwasser in Berührung zu kommen. Das Stufenblech kann eine dunkle Beschichtung aufweisen, um die Absorption der Energie aus dem Sonnenlicht zu verbessern. Die Beschichtung kann zudem aus einem Material hergestellt sein, das einen geringen Reibungskoeffizienten und einen niedrige Oberflächenspannung hat, wie das beispielsweise auf das Polymer PTFE zutrifft, so dass kein störendes Material an der Oberfläche anhaftet und die zu verdampfende Flüssigkeit gut über die Verdunstungsfläche abläuft.
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Wesentlich ist es, über die unebene Form des Stufenblechs an der Unterseite Hohlräume zu schaffen, die mit einem wärmespeichernden Material befüllt sind. Da sich die Verdunstungsfläche zunächst erheblich abkühlt, wenn eine neue Charge von zu verdampfender Flüssigkeit darüber abläuft, würde es einige Zeit dauern, bis sich das Stufenblech durch das einfallende Sonnenlicht wieder auf eine Temperatur aufgeheizt hat, bei der die Flüssigkeit verdampft.
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Über das in die Hohlräume gefüllte wärmespeichernde Material wird die körperliche Masse an Material erhöht, das eine hohe Temperatur aufweist. Das wärmespeichernde Material erhöht die Masse an Material, mit dem die Temperaturschwankungen bei der Zuführung einer neuen Charge von Flüssigkeit geringer gehalten werden können. Das Stufenblech kühlt sich bei der Benetzung mit einer neuen Charge von Flüssigkeit nicht mehr so weit ab wie ohne das wärmespeichernde Material, und die Flüssigkeit erreicht schneller ihre Verdampfungstemperatur. Die geringeren Temperaturschwankungen innerhalb der Vorrichtung erhöhen den Wirkungsgrad. Als wärmespeicherndes Material kann beispielsweise ein Quarzsand verwendet werden, der kostengünstig verfügbar ist. Um eventuelle Spülverluste zu vermeiden und die Verarbeitung zu vereinfachen, kann der Quarzsand mit einem Wärmeleitkleber versetzt sein, durch den er zu einer zunächst pastösen und nach dem Aushärten des Klebers zu einer festen Masse verbunden ist. In den Hohlräumen sollten nach Möglichkeit keine Lufteinschlüsse vorhanden sein, da dadurch der Wärmeaustausch und die Wärmespeicherfähigkeit negativ beeinträchtigt würden.
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Die auf der Unterseite des Stufenblechs angeordnete Wärmeverteilplatte dient ebenfalls dem Zweck, lokale Kälte- und Wärmenester über die Fläche der Verdunstungsfläche möglichst aufzulösen und die Wärme gleichmäßig zu verteilen. Um diese Funktion erfüllen zu können, sollte für die Wärmeverteilplatte ein Material verwendet werden, das einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, wie beispielsweise Aluminium. An den Kontaktstellen mit dem Stufenblech kann Wärme direkt zwischen dem Stufenblech und der Wärmeverteilplatte ausgetauscht werden. Da sich die Kontaktstellen in den Tälern des Stufenblechs befinden, in denen sich schwerkraftbedingt mehr Flüssigkeit einer Flüssigkeits-Charge auf einer gleichen Fläche ansammelt als auf den Gipfeln des Stufenblechs, leitet die Wärmeverteilplatte die von ihr verteilte Wärme genau dort in das Stufenblech ein, in der der höchste Energiebedarf für die Verdampfung der dort angesammelten Flüssigkeit einer Charge besteht. Die Wärmeverteilplatte vergleichmäßigt also die Heizleistung der Verdunstungsfläche, indem sie gezielt diejenigen Bereiche mit zusätzlicher Wärme versorgt, die auch einen erhöhten Wärmebedarf haben. Die Wärmeverteilplatte vergleichmäßigt aber auch die Wärmeverteilung im wärmespeichernden Material, das sich in den Hohlräumen zwischen dem Stufenblech und der Wärmeverteilplatte befindet. Die Wärmeverteilplatte entnimmt dem wärmespeichernden Material auf der Unterseite der Verdunstungsfläche und leitet es von dort zu den Kontaktpunkten mit dem Stufenblech, wo der höchste Wärmebedarf besteht.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmeverteilplatte auf ihrer Unterseite mit einer Lage aus einem dämmenden Material abgedeckt. Durch die Wärmeisolierung der Wärmeverteilplatte auf ihrer Unterseite werden dort Wärmeverluste verringert, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung steigt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Abdeckung eine Glasscheibe mit einem Transmissionsgrad von mehr als 90 % verwendet. Handelsübliches Flachglas weist in Abhängigkeit von der Glasdicke einen Transmissionsgrad von 83 - 90 % auf. Dieses ist im ultravioletten Bereich des Lichtes nahezu lichtundurchlässig. Da aber auch die im ultravioletten Bereich des Lichtspektrums liegenden Lichtwellen einen Energiegehalt aufweisen, kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung gesteigert werden, wenn die Abdeckung auch ultraviolettes Licht in die Verdunstungskammer einfallen lässt. Die hohen Transmissionsgrade der erfindungsgemäßen Glasscheiben werden insbesondere durch eine spezielle Zusammensetzung des verwendeten Glasrohstoffes mit einer niedrigeren Absorption des UV-Lichts erreicht. Die Durchlässigkeit der Glasscheibe für UV-Licht kann auch durch eine geringere Reflexion der Grenzflächen erhöht werden, indem die Glasscheibe mit einer entspiegelnden Beschichtung oder Feinätzung der Oberfläche versehen ist.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindungen jeweils für sich, aber auch in einer beliebigen Kombination miteinander mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 kombiniert werden können.
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Weitere vorteilhafte Abwandlungen und Ausgestaltung der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben wer-den.
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Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht auf eine Destillationsvorrichtung,
- 2: eine vergrößerte Ansicht auf die in 1 kenntlich gemachte Zone A, und
- 3: eine vergrößerte Ansicht auf die in 1 kenntlich gemachte Zone B.
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In 1 ist eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 2 aus einer Seitenansicht mit einer Schnittdarstellung durch die Verdunstungskammer 4 gezeigt. In der Verdungstungskammer 4 befindet sich die Verdunstungsfläche 6, auf die die zu verdampfende Flüssigkeit geleitet und auf der diese durch Sonnenlicht soweit erwärmt wird, dass diese verdampft. Damit der entstehende Dampf nicht verlorengeht, ist die Verdunstungskammer 4 durch eine umfangsseitige Wand 8 sowie durch eine Abdeckung 10 geschlossen. Die Abdeckung 10 kann beispielsweise aus einer Glasscheibe bestehen, die das Sonnenlicht auf die Verdunstungsfläche 6 fallen lässt.
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Die Vorrichtung 2 hat eine schräg verlaufende Verdunstungskammer 4, damit die zu verdampfende Flüssigkeit der Schwerkraft folgend über die Verdunstungsfläche 6 ablaufen kann. Am Ende der Verdunstungsfläche 6 befindet sich ein erster Flüssigkeitsablauf 12a, durch den die überschüssige, nicht auf der Verdunstungsfläche 6 verdunstete Flüssigkeitsmenge ablaufen und in einem Tank gesammelt werden kann. Der Flüssigkeitsablauf 12b ist dazu gedacht, die auf der Unterseite der Abdeckung 10 durch Kondensation niedergeschlagene Flüssigkeit aufzufangen und abzuleiten. Je nach Anwendungsfall kann es sich bei dieser kondensierten Flüssigkeit um beispielsweise Trinkwasser handeln, das im Rahmen der Destillation gereinigt worden ist. Die kondensierte Flüssigkeit kann in einem separaten Behälter aufgefangen werden.
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Am oberen Ende der Verdunstungskammer 4 befindet sich eine Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr 14. Über die Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr 14 wird eine zu verdunstende Flüssigkeit in die Verdunstungskammer 4 eingeleitet. Die zu verdunstende Flüssigkeit wird in einem Tank 16 vorgehalten, dessen unteres Auslaufende im Ausführungsbeispiel höher hängt als die Abgabeöffnung der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr 14. Hierdurch kann die zu verdampfende Flüssigkeit nur durch Schwerkraft aus dem Tank 16 in die Verdunstungskammer 4 gelangen. Der Tank 16 ist mit der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr 14 über eine Verbindungsleitung 18 verbunden. Die Verbindungsleitung 18 ist in einem Abschnitt durch den Innenraum der Verdunstungskammer 4 gelegt, dieser Abschnitt ist die in 1 dargestellte Zuführleitung 22. Die Verbindungsleitung 18 ist in einem Abschnitt durch die Wärmegedämmten Seitenwände gelegt, wobei auf eine wärmeleitende Verbindung mit der Innenwand Wert gelegt wird.
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Der Flüssigkeitsspeicher 20, der sich am oberen Ende der Verdunstungskammer 4 befindet, ist ein Teil der Einrichtung zur Flüssigkeitszufuhr 14. Der Flüssigkeitsspeicher 20 ist nach Art einer Waage ausgebildet und ruht auf einer Welle 26. Wenn der Flüssigkeitsspeicher 20 mit der zu verdunstenden Charge einer Flüssigkeit gefüllt ist, rotiert der Flüssigkeitsspeicher 20 entgegen dem Uhrzeigersinn und gibt die in ihm angesammelte Flüssigkeit über die Abgabeöffnung 24 auf die Verdunstungsfläche 6 ab.
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Ein Beispiel dafür, wie der Flüssigkeitsspeicher 20 ausgestaltet sein kann, ist in 2 in der vergrößerten Ansicht des Kreises A aus der 1 genauer erkennbar. Der Flüssigkeitsspeicher 20 verfügt über einen ersten Aufnahmebehälter 28, in den die Flüssigkeit aus der Mündungsöffnung der Zuführleitung 22 herabtropft. Der erste Aufnahmebehälter 28 füllt sich dabei allmählich, bis sein Pegelstand die Höhe des Überlaufes 32 erreicht. Da der Flüssigkeitsspeicher 20 beweglich auf der Welle 26 abgestützt ist, kann der Flüssigkeitsspeicher 20 mit seinem in Richtung des Flüssigkeitsablaufs 12 weisenden Ende zur Rückwand der Verdunstungskammer 4 hin rotieren, so dass sich der zweite Aufnahmebehälter 30 nach unten zusammen mit der Abgabeöffnung 24 absenkt. Diese Rotationsbewegung bewirkt, dass noch mehr Flüssigkeit aus dem ersten Aufnahmebehälter 28 in den zweiten Aufnahmebehälter 30 strömt, wodurch sich die Rotationsbewegung des Flüssigkeitsspeichers 20 nochmals beschleunigt.
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Die Flüssigkeit, die aus dem ersten Aufnahmebehälter 28 in den zweiten Aufnahmebehälter 30 läuft, kann dann über die Abgabeöffnung 24 auf die Verdunstungsfläche 6 ablaufen.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Verdunstungsfläche 6 als Stufenblech 34 ausgestaltet. Unterhalb des Stufenblechs 34 befindet sich eine Wärmeverteilplatte 36. In den Hohlräumen 38 zwischen dem Stufenblech 34 und der Wärmeverteilplatte 36 befindet sich ein wärmespeicherndes Material. Das wärmespeichernde Material kann sowohl Wärme vom Stufenblech 34 aufnehmen als auch Wärme an die Wärmeverteilplatte 36 abgeben. Das im Hohlraum 38 befindliche wärmespeichernde Material kann Wärme natürlich auch an das Stufenblech 34 abgeben. Die Wärmeverteilplatte 36 ist nach unten hin durch ein dämmendes Material 40 wärmeisoliert, wie aus der 3 ersichtlich ist. In dieser Figur ist auch erkennbar, dass die Wärmeverteilplatte 36 im Bereich von Kontaktzonen 42 einen körperlichen Kontakt zum Stufenblech 34 hat. Im Bereich der Kontaktzone 42 kann Wärme aus der Wärmeverteilplatte 36 direkt auf das Stufenblech 34 übertragen werden.
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Insgesamt zeigt das Ausführungsbeispiel, dass es möglich ist, mit einer einfach aufgebauten Vorrichtung zur Destillation von Flüssigkeiten sehr hohe Wirkungsgrade zu erzielen, wenn die Zufuhr der zu verdampfenden Flüssigkeit zeitweilig unterbrochen ist und die dadurch auftretenden Wärmeschwankungen innerhalb der Verdunstungskammer 4 mit ihren entsprechenden Bauteilen durch eine intelligente Kombination der nur zeitweisen Zuführung der zu verdampfenden Flüssigkeit und einer Wärmespeicherung und einem Wärmeaustausch im Bereich der Verdunstungsfläche 6 verringert werden können. Die gesamte Vorrichtung wird allein durch die Schwerkraft betrieben und bedarf keiner weiteren Antriebs- oder Steuerungstechnik. Durch die einfache Mechanik der Vorrichtung 2 ist diese praktisch wartungsfrei. Selbst wenn einzelne Bauteile einmal beschädigt sein sollten, ist ein Austausch oder eine Reparatur solcher Bauteile auf einfache Weise möglich.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur der Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, das Ausführungsbeispiel auf eine ihm als geeignet erscheinende Weise zu verändern, um es an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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