DE3829725A1

DE3829725A1 - Vorrichtung zum sterilisieren, reinigen und/oder entsalzen von meer- oder brackwasser

Info

Publication number: DE3829725A1
Application number: DE3829725A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Lessing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1989-06-22
Also published as: DE3829725C2

Description

I. Die vorliegend beschriebene Apparatur enthält Verdampfungs- und Kondensationsteil in einem Baukörper, wobei mehrfach Wärmerückgewinnung angestrebt wird:

1. Wärmerückgewinnung durch den Kondensor.
2. Wärmerückgewinnung durch den Wärmetauscher im Sole-Auffangbecken.
3. Wärmerückgewinnung, indem die durch die unterschiedlichen Dichten der Luftmassen - vorne heiß und "leicht", hinten kühl und "schwer" - aufbauende Zirkulation, die von hinten über dem Sole-Auffangbecken streichende, abgekühlte Luftmasse aufwärmt und anfeuchtet.

Aufgrund dieser Charakteristik ist sie den Modularen Mehreffekt-Solardestillen zuzuordnen (siehe auch Anlage 4, S. 20).

II. Die vorliegend beschriebene Apparatur weist konstruktive und funktionelle Besonderheiten auf, die sie gegen alle bisherigen Mehrfacheffekt-Solardestillen abgrenzt. Am ähnlichsten ist das vorliegend beschriebene System funktionell der von Herrn Heschl entwickelten (siehe Anlage 4 S. 32), konstruktiv der von Kouji Hanada (siehe Anlage 7) beschriebenen Solardestille.

(Vergleiche hierzu den Auszug aus dem BMFT-Teilgutachten "Solare Meer- und Brackwasserentsalzung vom Oktober 1987, Anlage 4, S. 20-32; ferner Anlagen 5, 6, 7, 8; andere Systeme weichen konstruktiv und funktionell wesentlich stärker ab und wurden als "Stand der Technik" zum weiteren Vergleich deshalb nicht berücksichtigt).

Folgende funktionelle und konstruktive Besonderheiten grenzen das hier beschriebene System deutlich gegen dieses Spektrum - insbesondere auch gegen die Destillen von Herrn Heschl und Herrn Kouji Hanada - ab:

a) Die Konstruktion besteht aus drei Flächenelementen, die zusammengelegt, eine funktionstüchtige, mobil einsetz- und beliebig kombinierbare, auch als Bau- und Fensterelement verwendbare Einzeldestille ergeben.
b) Der integrierte Kollektor ermöglicht Vorlauftemperaturen der Primärsole (über 80°C), wie sie sonst in keinem System erreicht werden. Infolgedessen kann durch einen hoher Meerwasserdurchstrom durch den Bypass die "Temperatursenke" am Kondensor optimiert werden, und die einfallende Strahlungsenergie im Wesentlichen zur Verdampfung Verwendung wirksam werden.
c) Die Funktion der Destille wird maßgeblich bestimmt durch die integrierte Kombination von Kondensor, Wärmetauscher und Kollektor. Hier sind die Steuerung der Massenströme und ihre Proportionierung (Primärsohle Innen/Bypass; selbstregulierende Luftmassenzirkulation) wesentlich.
Bei keiner Destille wurde bisher ein Konzept der optimierten Wärmerückgewinnung und optimierten Temperatursenke bei maximierter Vorlauftemperatur realisiert! Bisher lag die Strategie lediglich in der Maximierung der Wärmerückgewinnung.

Dieses Konzept ist m. E. neu und bedingt das hohe Leistungsspektrum der Destille von bis zu als 20 L/m² Tag (bei der Versuchsanlage und unter gemäßigten Breitengraden!). Dabei sind geringe Entstehungskosten und einfacher Wartung mit verbunden.

Durch diese Besonderheiten weist das System folgende interessante Kombination von Eigenschaften auf:

1. Minimaler Materialaufwand von ca. 200,-DM bis 300,-DM pro Quadratmeter Destillenfläche, wobei alle notwendigen Bauteile und das gesamte Zubehör einbezogen sind.
2. Ein modularer Einsatz in Kolonnen möglich, wobei inhärente Sicherheiten insofern bestehen, als einzelne Destillen ausfallen können, ohne daß dies die Funktionstüchtigkeit der übrigen beeinflußt.
3. Eine bisher nicht erreichte hohe Produktivität von ca. 20 l/m² Tag ist infolge der Kombination von optimierte Wärmerückgewinnung und optimierter "Temperatursenke" bei maximierter Vorlauftemperatur der Primärsohle nachweisbar.
4. Durch den Aufbau der Einzeldestille als Komplett-System ist ein ortsungebundener Aufbau unter unterschiedlichsten Geländebedingungen in beliebiger Exposition möglich, sofern Zu- und Ableitungen und ein entsprechender Wasserdruck vorhanden sind. Ein Einsatz als Bau-, Flächen- und/oder Fensterelement mit Abschattungs- und Abkühlungseffekt ist möglich.
5. Durch den "sandwich-artigen" Aufbau der Destille aus drei Flächenelementen und durch die konstruktionsbedingte Selbstregulation ist die Bedienung, Reparatur und Wartung der Destille extrem einfach und bedarf keiner besonderen Qualifikation.

Claims

1. Vorrichtung zum Sterilisieren, Reinigen und/oder Entsalzen von Primärwasser zur Gewinnung von sauberem Süßwasser, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung einen geschlossenen, wasserdampfgesättigten Reaktionsraum (22) besitzt, der aus drei übereinanderliegenden - einem mittleren, einem hinteren und einem vorderen - Flächenelementen (15, 11, 10) gebildet wird,
daß das mittlere, den Reaktionsraum in einen vorderen Evaporations- und einen hinteren Kondensationsbereich teilende, Flächenelement (15) durch Sonnenlicht aufheizbar und auf ihrer dem vorderen Flächenelement (10) zugewandten Verdampfungsfläche (20) mit Primärwasser geregelt benetzbar ist und zum hinteren Flächenelement (11) thermisch isoliert ist,
daß die innere Seitenwand (24) des hinteren Flächenelements (11) kühlbar, auf ihrer dem Reaktionsraum (22) zugewandten Seite als Kondensationsfläche (30) ausgebildet ist,
daß das vordere Flächenelement (10) aus zwei für das Sonnenlicht durchlässigen Seitenwänden (14, 16) besteht, die thermisch isolieren und für das Sonnenlicht eine Energiefalle (Treibhauseffekt) bilden,
daß die Massenströme durch das System so geführt werden, daß bei einer optimierten "Temperatursenke" an der Kondensationsfläche (30) und einer optimierten Wärmerückgewinnung eine maximierte Vorlauftemperatur der Primärsole erreicht wird.

(Das innere Flächenelement)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere, den Reaktionsraum teilende Flächenelement (15) oben und unten Freiräume läßt, so daß sich im Inneren des Reaktionsraumes eine eigenständige Zirkulation der Gas-Dampf-Phase zwischen dem Evaporations- und dem Kondensationsbereich aufbauen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere, den Reaktionsraum teilende Flächenelement an der rückseitigen Isolation Abstreiffugen für das Kondensat besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des inneren Flächenelements (15) eine erste Zuleitung (32) für das vorgewärmte Primärwasser vorgesehen ist, so daß das Primärwasser geregelt an der Verdampfungsfläche (20) gleichmäßig verteilt nach unten fließt, am unteren Ende als Konzentrat in das Sole-Auffangbecken (40) tropft und über eine Ableitung (38) abgeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsfläche (20) des inneren Flächenelements (15) durch ein auflegbares Flies derart ausgebildet ist, daß ihre Oberfläche vergrößert, eine gleichmäßige Verteilung und Durchmischung des Primärwasserflusses und ein bequemer Austausch des Flieses zur Wartung erreicht wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Seitenwand (15) so ausgebildet ist, daß sie Sonnenlicht kaum reflektiert und fast vollständig in Wärmestrahlung umwandelt.

(Das hintere Flächenelement)

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Flächenelement (11) bis auf einen kleineren, unteren Bereich als Kondensator ausgebildet ist, indem eine innere Kondensations-Seitenwand (30) und eine äußere Seitenwand (24) einen Kühlraum (28) begrenzen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des zweiten Flächenelementes (11) eine derartige zweite Zuleitung (34) und am unteren Ende eine Ableitung (36) vorgesehen ist, daß das Primärwasser als Kühlmedium durch den Kühlraum (28) fließen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte, den Kühlraum (28) verlassende Primärwasser teilweise im System verbleibt und über weitere Stufen der Aufwärmung der Verdampfungsfläche (20) zugeführt wird und das überschüssige Primärwasser über einen Bypass (37) abgeführt wird.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der inneren Seitenwand (30) des hinteren Flächenelements (11) zur Entnahme des gereinigten Süßwassers ein Sammelabfluß (38) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich im unteren Bereich ein Sole-Auffangbecken (40) mit Wärmetauscher (41) und Konzentratabfluß (44) befindet, in welches das heiße Konzentrat von der Verdampfungsfläche tropft und das aus dem Kondensor zugeleitete erwärmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Sole-Auffangbecken saugfähiges Material zur Oberflächenvergrößerung befindet, so daß die Abgabe von Feuchtigkeit und Energie an den Luftstrom unterstützt wird.

(Das vordere Flächenelement)

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Flächenelement (10) im Rahmen (55) und im oberen Bereich (56) als Wärmekollektor (57) ausgebildet ist, wodurch das aus dem Wärmetauscher kommende Primärwasser zusätzlich aufgeheizt wird, bevor es über die Zuleitung (32) auf die Verdampfungsfläche (20) gelangt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorflächen (57) im Rahmen (55) und im oberen Bereich (56) unter den für Sonnenlicht durchlässigen Seitenelementen (14 und 16) und der Sonne direkt exponiert liegen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenteile (55) zur maximierten Wärmeaufnahme schwarz und zur maximierten Wärmeleitung als Metall ausgeführt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die für Sonnenlicht durchlässigen Seitenelemente (14 und 16) in der Rahmenkonstruktion plan abschließen, so daß Verschmutzungen reduziert werden.

(Funktionelle Aspekte des Gesamtsystems)

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Apparatur in beliebiger Neigung zwischen ca. 10° und 75° Schrägstellung betrieben werden kann.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bau- oder Fensterelement mit Abschattungseffekt in Gewächshäusern oder anderen Gebäuden einsetzbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus drei aufklappbaren Flächenelementen "sandwich-artig" aufgebaut ist, im zusammengeklappten Zustand funktionstüchtig und im aufgeklappten Zustand leicht zu warten ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die im Inneren zirkulierenden Luftmassen sich entsprechend der einfallenden Energiemenge eigenständig regulieren.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Massenflüsse von Primärsole im System und Bypass an hydrostatischen Säulen orientiert sehr einfach durch zwei Nadelventile möglich ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenflüsse der Primärsole im System durch Kondensor, Wärmetauscher und Kollektor und der im Bypass abgeführten Primärsole so dimensioniert und proportioniert werden, daß insgesamt die Wärmerückgewinnung im System und die Ausbildung der "Temperatursenke" am Kondensor optimiert, die Vorlauftemperatur der Primärsole an der Zuleitung (32) zur Verdampfungsfläche (20) hingegen maximiert wird.