DE3721072A1 - Vorrichtung zum sterilisieren, reinigen und/oder entsalzen von primaerwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sterilisie­ ren, Reinigen und/oder Entsalzen von Primärwasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Problem einer Gewinnung von sauberem Süßwasser aus Salz- und Brackwasser (nachfolgend als Primärwasser be­ zeichnet) stellt sich überall dort, wo sich kein öffent­ liches Wassernetz mit einer zentralen Versorgung der Ab­ nehmer und Verbraucher mit sauberem Süßwasser befindet. Dies gilt insbesondere in industriell wenig entwickelten Ländern sowie in tropischen und subtropischen Bereichen. Hier ist man meist darauf angewiesen, individuell und vor Ort sauberes Süßwasser aus dem Primärwasser zu er­ zeugen.

Für die Gewinnung von sauberem Süßwasser aus Primär­ wasser sind bereits mehrere Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Erwähnt sei beispielsweise das Erhitzen und an­ schließende Verdampfen des Primärwassers, um in einem Destillator aus dem Dampf das saubere Süßwasser zu er­ zeugen. Dabei ist es allerdings von Nachteil, daß für die Verdampfung des Primäwassers in der Regel elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden muß, so daß der Betrieb eines Destillators insbesondere in den interessierenden geographischen Regionen als kostenintensiv einzustufen ist.

Man hat deshalb auch schon den Weg beschritten, bei einem Solarzellendestillator die elektrische Energie durch Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom mit Hilfe von Solarzellen zu erzeugen, um mit dem so gewonnenen elektrischen Strom das Primärwasser zu ver­ dampfen. Allerdings bedeuten die Solarzellen und die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie einen erheblichen zusätzlichen Aufwand.

Schließlich ist noch die Gewinnung von sauberem Süß­ wasser aus Primärwasser unter Verwendung mechanischer Filter und nach dem Prinzip der Umkehrosmose mit semi­ permeablen Membranen bekannt. Allerdings besitzen auch diese Verfahren erhebliche Nachteile, denn sie bedingen einen großen apparativen Aufwand, der mit entsprechen­ den Kosten verbunden ist.

Wenn es daher zwar grundsätzlich keine technischen Schwierigkeiten bereitet, sauberes Süßwasser aus Pri­ märwasser zu gewinnen, so stehen dem immer noch in wirtschaftlicher Hinsicht die großen Kosten sowie der erhebliche apparative Aufwand entgegen. Dieser Umstand wirkt sich insbesondere in armen Ländern nachteilig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, welche bei einfachem kosten­ günstigen Aufbau und ohne Verwendung elektrischer Energie ein Sterilisieren, Reinigen und/oder Ent­ salzen von Primärwasser zur Gewinnung von sauberem Süßwasser ermöglicht.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Ein wesentlicher Vorteil der neuartigen Vorrichtung be­ steht darin, daß der direkte und unmittelbare Einsatz von Sonnenenergie für die Gewinnung von Süßwasser mög­ lich ist. Die Erfindung verzichtet also darauf, die Sonnenenergie für eine Stromerzeugung auszunutzen, viel­ mehr kommt die Sonnenenergie direkt zur Anwendung, wo­ durch sich der Aufbau der Vorrichtung sehr vereinfacht ohne große Kosten realisieren läßt und zudem einen ho­ hen Wirkungsgrad erreicht, da der gesamte Spektralbe­ reich genutzt wird. Durch den einfachen Aufbau wird die Vorrichtung darüberhinaus sehr robust und leicht hand­ habbar, so daß sie an beliebigen Stellen eingesetzt wer­ den kann.

Die Erfindung beschreitet darüberhinaus vom Grundsatz her einen völlig anderen Weg als das bekannte Destilla­ tionsverfahren, denn bei der Erfindung wird unterhalb des Siedepunktes die jeweils relative Wasserdampfsätti­ gung genutzt und es kommen das Prinzip der Evaporation und der Kondensation zur Anwendung. Die mit dem Primär­ wasser flächig benetzte innere Seitenwand des ersten Flächenelementes wird durch Sonnenlicht erwärmt, so daß die Flüssigkeit durch Evaporation innerhalb des Reaktions­ raumes in die Dampfphase übergeht. Dabei ist die Fließ­ geschwindigkeit so zu regeln (z.B. mit Quetschklemmen), daß es zu keinem Zeitpunkt zu Ablagerungen infolge des Unterschreitens der Löslichtkeitsprodukte kommt. Im Abstand von der genannten inneren Seitenwand befindet sich eine andere Seitenwand des zweiten Flächenelements, die im Schatten des ersten Flächenelements liegt und zudem gekühlt wird, so daß eine Kondensation des Dampfes im Temperaturgradient erfolgt und das an dieser Seiten­ wand herabfließende saubere Süßwasser entnommen werden kann.

Von besonderem Vorteil ist es, im Abstand von der inne­ ren Seitenwand des ersten Flächenelements vor dem Reak­ tionsraum eine äußere Seitenwand anzuordnen, die aus für Sonnenlicht durchlässigem Glas besteht. Die innere und die äußere Seitenwand bilden zusammen eine geschlossene Wärmekammer, wodurch ein Treibhauseffekt mit der Wirkung hervorgerufen wird, daß das Sonnenlicht optimal zur Auf­ heizung der inneren Seitenwand ausgenutzt werden kann.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist im Abstand von der inneren Seitenwand des zweiten Flächen­ elements ebenfalls eine Außenwand angeordnet, die zusam­ men mit der inneren Seitenwand einen Kühlraum begrenzt. Durch diesen Kühlraum läßt sich in vorteilhafter Weise das zu reinigende Primärwasser als Kühlmedium führen, welches nach dem Verlassen des Kühlraumes aufgewärmt direkt der Verdampfungsfläche der inneren Seitenwand des ersten Flä­ chenelements zugeführt wird. Eine ebenfalls zweckmäßige Anordnung wäre die Verwendung eines Kühlrohrsystems, welches direkt hinter der Kondensationsfläche aufge­ bracht ist.

Die Wärmekammer, der Reaktionsraum sowie der Kühlraum lassen sich auf besonders einfache Weise durch Verwendung zweier Thermopenglasscheiben realisieren, die von einem ge­ meinsamen Rahmen umgeben sind. Die neue Vorrichtung bil­ det somit ein separates Element, welches als Bau- oder Fensterelement mit Abschattungseffekt in Gewächshäusern oder anderen Gebäuden einsetzbar ist. Hierin liegt ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung, die somit eine doppelte Ausnutzung der neuen Vorrichtung ermöglicht. Denkbar ist es übrigens auch, die Vorrichtung als Dach­ element in schräger Anordnung auf einem Dach vorzusehen, wo die Sonneneinstrahlung besonders günstig ist.

Andere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen .der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben und der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnitts­ ansicht einer Vorrichtung,

Fig. 2 eine Detail-Ansicht des oberen Endes der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Detail-Ansicht des unteren Endes der Vorrichtung gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung in schematischer Quer­ schnittsansicht.

Die neue Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten Flächenelement 10 und einem zweiten Flächenele­ ment 12. Das erste Flächenelement 10 umfaßt eine innere Seitenwand 14 und eine äußere Seitenwand 16, während das zweite Flächenelement 12 in ähnlicher Weise eine innere Seitenwand 24 und eine Außenwand 26 besitzt.

Die äußere Seitenwand 16 besteht aus für Sonnenlicht 62 durchlässigem Glas, und die innere Seitenwand 14 ist extrem wärmeabsorbierend und reflektionsarm ausgebildet, so daß innerhalb der durch die Seitenwände 14 und 16 begrenzten Wärmekammer 18 ein Treibhauseffekt hervorge­ rufen ist, mit der Folge, daß die Verdampfungsfläche 20 der inneren Seitenwand 14 optimal aufgeheizt werden kann.

Die innere Seitenwand 14 des ersten Flächenelements 10 und die innere Seitenwand 24 des zweiten Flächenele­ ments 12 begrenzen einen Reaktionsraum 22, und die innere Seitenwand 24 bildet zusammen mit der Außen­ wand 26 einen Kühlraum 28. Die Kondensationsfläche der inneren Seitenwand 24 ist mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet.

Die beiden Flächenelemente 10 und 12 sind von einem stabilen Rahmen umgeben, der hier durch zwei Rahmenhälf­ ten 46 und 48 gebildet wird. Am unteren Ende der Vor­ richtung befindet sich noch ein Scharnier 50, so daß die Möglichkeit besteht, die beiden Rahmenhälften 46, 48 bzw. die beiden Flächenelemente 10, 12 auseinander­ zuklappen, was durch die Pfeile 52 und 54 angedeutet ist. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, daß im auseinandergeklappten Zustand eine Reinigung innerhalb des Reaktionsraumes 22 möglich ist. So lassen sich bei­ spielsweise Ablagerungen auf der Verdampfungsfläche 20 entfernen.

Wie insbesondere in Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, wird am oberen Ende der Vorrichtung über eine erste Zuleitung 32 das Primärwasser zugeführt, welches sich auf der Verdampfungsfläche 20 verteilt. Die Zuleitung erfolgt über ein langliches Rohr 64 mit Austrittsöff­ nungen, durch die das Primärwasser nach unten fließt und auf ein auf die Kondensationsfläche 30 aufgebrachtes Baumwolltuch 66 gelangt. Durch das Baumwolltuch 66 wird eine gleichmäßige flächige Verteilung des Pri­ märwassers auf der Kondensationsfläche 30 erreicht.

Die Zufuhr des Primärwassers über die Zuleitung 32 erfolgt geregelt in der Weise, daß gerade soviel Primärwasser zugeführt wird, daß eine optimale Ver­ dampfung stattfindet, und daß Ablagerungen auf der Kondensationsfläche 30 vermieden sind.

Gemäß der Detail-Darstellung in Fig. 3 befindet sich an der inneren Seitenwand 14 eine Auffangrinne 42 für das Primärwasser, welches über einen Abfluß 44 abfließen kann. Auf der gegenüberliegenden inneren Seitenwand 24 ist eine Auffangrinne 40 angeordnet, in der sich das kondensierte Süßwasser sammelt und über einen Sammelabfluß 38 abfließt. Ferner ist in Fig. 3 eine Zuleitung 34 dargestellt, durch welche Primärwasser in den Kühlraum 28 gepumpt werden kann. Am oberen Ende des Kühlraumes 28 verläßt das als Kühlmedium dienende Primärwasser den Kühlraum 28 über eine Ableitung 36, von wo aus es direkt zur schon erwähnten ersten Zuleitung 32 gelangt.

Die Seitenwände 14, 16, 24 und 26 können durch Glas­ scheiben gebildet sein, so daß sich die Vorrichtung mit zwei Thermopenscheiben aufbauen läßt. Damit ist die gesamte Vorrichtung lichtdurchlässig, so daß es möglich ist, die Vorrichtung als Bauelement mit Ab­ schattungseffekt zu verwenden. Auch wenn die Vorrich­ tung lichtundurchlässig sein sollte, ist selbstver­ ständlich eine Anwendung als Bauelement möglich.

In dem soweit beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Flächenelemente 10 und 12 senkrecht angeordnet, so daß das Sonnenlicht 62 seitlich einfallen muß. Wie Fig. 4 zeigt, läßt die Erfindung auch eine schrä­ ge Anordnung der Flächenelemente 10, 12 zu, beispiels­ weise als Bauelement auf einem Dach. Die Vorrichtung ist dann in optimaler Weise dem Sonnenlicht ausge­ setzt.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der neuen Vorrich­ tung bleibt auch in der schrägen Lage gemäß Fig. 4 erhalten. Eine Besonderheit besteht allerdings da­ rin, daß das zu verdampfende Primärwasser im Bereich der Kondensationsfläche 30 längs eines treppenförmi­ gen Profiles 56 geführt ist. Die waagerecht verlau­ fenden Segmente 58 des Profils 56 sind wasserundurch­ lässig ausgebildet, um zu verhindern, daß schmutziges Primärwasser auf die Kondensationsfläche 30 tropfen kann.

Demgegenüber sind die anderen Segmente 60 des Pro­ fils 56 wasserdampfdurchlässig ausgebildet, so daß innerhalb des Reaktionsraumes 22 die angestrebte Wasserdampfsättigung erreicht werden kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Sterilisieren, Reinigen und/oder Entsalzen von Primärwasser zur Gewinnung von sauberem Süßwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen geschlossenen Reaktionsraum (22) mit zwei gegen­ überliegenden Flächenelementen (10, 12) besitzt, daß die innere Seitenwand (14) des ersten Flächenelements (10) durch Sonnenlicht aufheizbar und auf ihrer dem Re­ aktionsraum (22) zugewandten Verdampfungsfläche (20) mit dem Primärwasser geregelt benetzt ist, daß die inne­ re Seitenwand (24) des zweiten Flächenelements (12) kühl­ bar und auf ihrer dem Reaktionsraum (22) zugewandten Seite als Kondensationsfläche (30) ausgebildet ist, daß der Reaktionsraum (22) einen mit Wasserdampf angereicher­ ten Raum bildet, und daß im Abstand von der inneren Sei­ tenwand (14) des ersten Flächenelements (10) vor der dem Reaktionsraum (22) zugewandten Seite eine äußere Seiten­ wand (16) angeordnet ist, die aus für Sonnenlicht durch­ lässigem Glas besteht, und die zusammen mit der inneren Seitenwand (14) eine geschlossene Wärmekammer (18) bil­ det, wodurch ein Treibhauseffekt hervorgerufen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am oberen Ende der Vorrichtung eine der­ artige erste Zuleitung (32) für das Primärwasser vorge­ sehen ist, daß das Primärwasser an der Verdampfungs­ fläche (20) der inneren Seitenwand (14) des ersten Flächenelements (10) nach unten fließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, und/oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsfläche (20) der inneren Seitenwand (14) dergestalt porös ausge­ bildet ist, daß ihre Oberfläche vergrößert ist und ei­ ne gleichmäßige Verteilung des Primäwasserflusses erreicht wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Seitenwand (14) des ersten Flächenelements (10) so ausgebildet ist, daß sie Sonnenlicht in Wärme umwandelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Abstand von der Seitenwand (24) des zweiten Flächenelements (12) auf der dem Reaktionsraum (22) abgewandten Seite eine Außenwand (26) angeordnet ist, die zusammen mit der Seitenwand (24) einen Kühl­ raum (28) begrenzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des zwei­ ten Flächenelements (12) eine derartige zweite Zulei­ tung (34) und am oberen Ende eine Ableitung (36) vorge­ sehen sind, daß das Primärwasser als Kühlmedium durch den Kühlraum (28) fließen kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erwärmte, den Kühlraum (28) verlassen­ de Primärwasser der Verdampfungsfläche (20) über die erste Zuleitung (32) zugeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende ein Sammel­ abfluß (38) zur Entnahme des gereinigten Süßwassers vor­ gesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß sie am unteren Ende eine Scharnierverbindung (50) umfaßt, so daß die beiden Flächenelemente (10, 12) auseinanderschwenkbar (54, 56) sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (10, 12) senkrecht angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (10, 12) schräg angeordnet sind, und daß das Primärwasser längs eines treppenförmigen Profils (56) geführt ist, dessen waagerechte Segmente (58) wasserundurchlässig und dessen anderen Segmente (60) wasserdampfdurch­ lässig sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bau- oder Fenster­ element mit Abschattungseffekt in Gewächshäusern oder anderen Gebäuden einsetzbar und von einem Rahmen (46, 48) umgeben ist.