WO2008134999A1 - Anlage und verfahren zur wasserreinigung mit hilfe eines sonnenkollektors - Google Patents

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Bernd HÖFLER
Peter TÜRK
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TÜRK GMBH UND Dr. BERND HÖFLER GBR
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Definitions

  • the invention relates to a water purification system according to the preamble of claim 1, in particular for the desalination of seawater or brackish water, but also for wastewater treatment. It also has a process for water purification to the object.
  • Distillation process in which the water is evaporated and then condensed, to the main processes for seawater desalination.
  • the solar radiation is also used for this purpose (cf., for example, US Pat. Nos. 4,329,204 and 6,821,395 B1).
  • the known plants for seawater distillation using solar radiation have only a low power, which is usually only a few liters of fresh water every day.
  • the object of the invention is to provide a system and a method for water purification high performance and low construction costs.
  • a solar collector which has an absorber for the solar radiation, in a transparent from bottom to top, ie for solar radiation permeable housing, in particular a housing made of glass, is included.
  • the absorber, the z. B. consists of a copper sheet or a solar radiation absorbing coating in the housing is thermally conductively connected to a metal tube, which extends in the housing in the housing longitudinal direction.
  • the absorber and the metal tube are preferably sealed gas-tight in the housing in order to preclude thermal convection with the ambient air.
  • the metal tube is partially filled with a liquid, preferably water.
  • a liquid preferably water.
  • the metal tube is provided with a condenser head having a communicating with the metal tube cavity. In this cavity, the water vapor is condensed, which is generated by evaporation of the water in the metal tube due to the heat that supplies the solar radiation absorbing absorber to the metal tube.
  • the absorber can z. B. by a copper sheet or z. B. a solar radiation absorbing coating of metal or metal ceramics may be formed inside the housing.
  • the housing is preferably evacuated.
  • the metal tube, including the condenser head can z. B. made of copper or a copper alloy.
  • Such solar panels with an evacuated glass or double glass tube as a housing are also referred to as evacuated tube collectors and used in building services for domestic water heating and heating support (see the company's prospectus 3
  • the heat of the condenser head is discharged to a heat transfer fluid, which is supplied to a heat exchanger.
  • this high temperature of the condenser head is used to distill the water to be purified in the evaporator.
  • the evaporator vessel is provided with an inwardly projecting receptacle into which the condenser head of the solar collector for heat transfer to the water in the evaporator can be plugged.
  • the system according to the invention has an extraordinarily high performance. Because unlike other distillation plants using solar radiation, which only lead to evaporation of water, according to the invention, the water in the evaporator is heated to boiling temperature, so that the condenser of the system according to the invention considerable steam and thus amounts of water are supplied.
  • the receptacle in the evaporator housing, in which the condenser head is plugged into the solar collector may for example be sleeve-shaped.
  • the inner cross section of the Einsteckability is adapted to the outer cross section of the condenser head.
  • the plug-in receptacle is preferably made of metal in order to dissipate the heat of the condenser head as lossless as possible into the water to be evaporated in the evaporator housing.
  • the evaporator housing is filled during operation of the system in the lower part with the water to be evaporated, while the upper portion is provided for the steam formed.
  • the heat is dissipated by the condenser heads of the sun collectors on the shortest path in the water to be evaporated, the condenser head extends into the receptacle preferably only up to the height of the water level, at least in part to the height of the steam region in the evaporator vessel.
  • the evaporator housing is provided to the outside with a suitable for the high temperatures occurring thermal insulation, such as rock wool with aluminum foil or silicone.
  • the housing of the solar collector is tubular.
  • the length of the tubular housing for example, 1 to 2 meters and its diameter z. B. 5 to 10 cm.
  • several, z. B. 10 to 40 such tubular solar panels arranged side by side in a plane parallel.
  • the upper ends of the solar collectors are inserted with their condenser heads each in a receptacle in the evaporator vessel.
  • the evaporator vessel which extends substantially horizontally over the bottom-up tubular tubular solar collectors, z. B. be formed by a tube.
  • the sleeve-shaped receptacles in which the condenser heads of the solar panels are inserted, can extend transversely, ie from bottom to top, through the elongated evaporator housing or pipe from the lower to the upper side. You can at the top of z. B. be closed with a lid.
  • the receptacles of the evaporator housing for insertion of the condenser heads of the solar panels represent the heat transfer surfaces for transferring the heat from the condenser heads into the water to be evaporated in the evaporator vessel.
  • Evaporator vessel preferably not formed as a tube with a continuous same cross-section, but such that it has only in the area of Einsteckabilityn such a large cross-section that the water flow around the Einsteckabilityn, so can flow between the Einsteckability and the surrounding vessel wall, while the sections of the evaporator vessel between two adjacent Einsteckabilityn have a smaller diameter.
  • the evaporator vessel in the region of the insertion receptacles can be adapted to the shape of the sleeve-shaped insertion receptacles, that is, for example, have cylindrical or prism-shaped sections extending from below to above.
  • the evaporator vessel is at the bottom of the plant with the water to be evaporated and at the top filled with the formed steam.
  • the plant is preferably operated continuously, ie, the evaporator vessel is continuously supplied, for example with a feed pump new to be cleaned water, while the vapor formed is withdrawn and condensed in the condenser to purified, distilled water.
  • the distilled water is also germ-free, at least if at normal pressure so 100 0 C or distilled over.
  • a device for controlling the level in the evaporator vessel is provided, for example, when falling below or exceeding the predetermined level, the feed pump is actuated or switched off.
  • the feed pump can be operated with a photovoltaic system that can be connected to a battery. This makes it possible with the feed pump, the evaporator vessel z. B. at night to rinse it z. B. in the seawater desalination of the deposited salt, sediments and the like to clean impurities.
  • a tilting device is provided for the water purification system, with the help of which it is possible to empty the brine from the evaporator vessel before it is rinsed (cleaned).
  • the brine can then be processed into seawater in the usual way to sea salt.
  • a pump can be advantageous with which the vapor is sucked out of the evaporator vessel and fed to the condenser. As a result, a negative pressure is generated in the evaporator vessel above the water surface, the 2007/001321
  • This pump can also be operated with the photovoltaic system.
  • the evaporator is preferably connected via a riser to the condenser.
  • the water supplied to the evaporator is preheated with a preheater.
  • the condenser When the condenser is condensed to condense the evaporated water in countercurrent with water or other fluid, the countercurrent in the condenser, heated fluid can be supplied to the preheater, and the preheater can be operated with one or more solar panels, as according to the invention be used the evaporator.
  • Figure 1 is a front view of a system according to the invention
  • Figure 2 is a view of a portion of a solar collector of the system of Figure 1;
  • Figure 3 is a longitudinal section through part of the evaporator along the line III-III in Figure 4 with the upper ends of the solar panels of the system of Figure 1, but without heat insulation of the evaporator vessel.
  • Figure 4 is a section along the line IV-IV in Figure 3, but without condenser heads or solar panels.
  • the water purification system has a plurality of solar collectors 1, which are arranged parallel to one another in a plane and operate an evaporator 2 which extends over the solar collectors 1.
  • each solar panel 1 has a z. B. formed as a copper sheet absorber 7, which extends in a tubular glass housing 8 from bottom to top.
  • the absorber 7 is thermally conductively connected to a extending in the housing longitudinal direction metal tube 9, z. B. by soldering, surface conditioning or the like.
  • the metal tube 9 protrudes with its upper end out of the housing 8 to the outside, which is evacuated for thermal insulation.
  • the solar panels 1 are aligned so that the solar radiation falls perpendicular to the absorber 7 as possible.
  • the protruding from the evacuated housing 8 end of the metal tube 9 is provided with a condenser head 11, which is also made of metal.
  • the metal tube 9 is filled at the bottom with a liquid, in particular water.
  • the water is evaporated in the metal tube 9, wherein the water vapor condenses in the condenser head 11, whereby the heat of condensation of the water released and thus the condenser head can be heated to a high temperature of about 200 0 C.
  • the condensed in the condenser head 11 water flows back into the metal tube to re-evaporate in the circuit.
  • the condenser heads 11 of the solar collectors 1 are inserted into sleeve-shaped receptacles 12, which extend transversely through the evaporator vessel 13 of the evaporator 2.
  • the evaporator housing 13 is filled up to the level of the water level represented by an arrow 14 with the water 15 to be cleaned.
  • the space 16 above the water level 14 forms the steam room.
  • the water 15 in the evaporator vessel 13 is heated to boiling temperature ie at normal temperature to above 100 0 C until boiling and thus evaporated in large quantities.
  • the heat from the condenser heads 11 as short as possible lossless passes over the existing metal receiving sleeves 12 in the water to be evaporated 15, protrude the condenser heads 11 of the sun collectors 1 only to about the level of 14, at least not or only slightly Height of the steam room 16.
  • the evaporator housing 13 only consists of a simple tube whose diameter is not greater than the length of a condenser head 11, this penetrates the sleeve-shaped receptacle 12, of course, entirely.
  • the evaporator vessel 13 is provided with a thermal insulation 10.
  • the receiving sleeves 12 for inserting the condenser heads 11 of the sun collectors 1 form the heat transfer surfaces for the transfer of heat from the condenser heads 11 in the water to be evaporated 15 in the evaporation vessel thirteenth
  • the evaporator vessel 13 is preferably designed such that it has a large cross-section in the region 17 of the receiving sleeves 12, so that the water 15 can flow around the receiving sleeves 12 on both sides, as in Figure 4 illustrated by the arrows 18.
  • the evaporator vessel 13 has sections 19 with a smaller width, as can be seen from FIG.
  • the regions 17 are adapted to the shape of the receiving sleeves 12, that is to say they are cylindrical or, as in FIG right area 17 shown schematically by dashed lines, for example, prism-shaped.
  • the water to be purified is supplied via the evaporator 10 via the line 3 with a feed pump 21, while the steam formed in the evaporator 10 is withdrawn via the riser 4 and condensed in the condenser 5 to the purified, distilled water. Since the water in the evaporator 10 has been heated to 100 0 C and more, it is also germ-free.
  • the evaporator vessel 13 is always filled up to the level 14 with water 15, a device, not shown, for regulating the level of the water 15 is provided in the evaporator vessel 13, wherein the predetermined level 14 is set, for example by pressing or switching off the feed pump 21.
  • the condensed in the condenser 5 water exits at 6. As shown by dashed lines in Figure 1, the condenser 5 is cooled in countercurrent with water, which enters the condenser 5 at 23 and exits at 24.
  • the water to be purified can be supplied via a line 26 to a preheater 25, which is connected to the Water supply line 3 is connected.
  • the heated water discharged at 24 in countercurrent to the condenser 5 at 24 may be supplied to the pre-heater 25 for preheating.

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Abstract

Eine Wasserreinigungsanlage weist wenigstens einen Sonnenkollektor (1), der einen Verdampfer (2) betreibt, und einen Kondensator (5) für das verdampfte, gereinigte Wasser auf. Der Sonnenkollektor (1) weist einen Absorber (7) für die Sonnenstrahlung, der in einem sich von unten nach oben erstreckenden transparenten Gehäuse (8) eingeschlossen ist und ein mit dem Absorber (7) wärmeleitend verbundenes, sich in Gehäuselängsrichtung erstreckendes Metallrohr (9) auf, das mit einer Flüssigkeit gefüllt und dessen oben aus dem Gehäuse (8) ragendes Ende mit einem Kondensatorkopf (11) zur Kondensation der in dem Metallrohr (9) verdampften Flüssigkeit versehen ist. Der Verdampfer (2) weist ein Gefäß (13) mit dem zu verdampfenden Wasser (15) auf, in das der Kondensatorkopf (11) des Sonnenkollektors (1) ragt, um das Wasser (15) durch Erwärmung auf Siedetemperatur zu verdampfen.

Description

ANLAGE UND VERFAHREN ZUR WASSERREINIGUNG MIT HILFE EINES SONNENKOLLEKTORS
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserreinigungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Entsalzen von Meer- oder Brackwasser, aber auch zur Abwasserreinigung. Sie hat auch ein Verfahren zur Wasserreinigung zum Gegenstand.
Neben der umgekehrten Osmose gehören
Destillationsverfahren, bei denen das Wasser verdampft und anschließend kondensiert wird, zu den wichtigsten Verfahren zur Meerwasserentsalzung. Auch wird dazu die Sonnenstrahlung verwendet (vgl. beispielsweise US 4,329,204 und 6,821,395 Bl). Die bekannten Anlagen zur Meerwasserdestillation unter Nutzung der Sonnenstrahlung besitzen jedoch nur eine geringe Leistung, die meist nur wenige Liter Süßwasser täglich beträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage und ein Verfahren zur Wasserreinigung hoher Leistung und geringen Baukosten zur Verfügung zu stellen.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Wasserreinigungsanlage nach dem Anspruch 1 erreicht. In den Ansprüchen 2 bis 12 sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsanlage angegeben. Der Anspruch 13 hat das erfindungsgemäße Wasserreinigungsverfahren zum Gegenstand.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Sonnenkollektor verwendet, der einen Absorber für die Sonnenstrahlung aufweist, der in einem sich von unten nach oben erstreckenden transparenten, also für Sonnenstrahlung durchlässigen Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse aus Glas, einschlössen ist. Der Absorber, der z. B. aus einem Kupferblech oder aus einer die Sonnenstrahlung absorbierenden Beschichtung in dem Gehäuse besteht, ist mit einem Metallrohr wärmeleitend verbunden, das sich in dem Gehäuse in Gehäuselängsrichtung erstreckt. Der Absorber und das Metallrohr sind vorzugsweise gasdicht in dem Gehäuse eingeschlossen, um eine Wärmekonvektion mit der Umgebungsluft auszuschließen.
Das Metallrohr ist mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zum Teil gefüllt. An seinem oberen Ende, das aus dem Gehäuse ragt, ist das Metallrohr mit einem Kondensatorkopf versehen, der einen mit dem Metallrohr kommunizierenden Hohlraum aufweist. In diesem Hohlraum wird der Wasserdampf kondensiert, der durch Verdampfen des Wassers in dem Metallrohr aufgrund der Wärme erzeugt wird, die der die Sonnenstrahlung absorbierende Absorber dem Metallrohr zuführt.
Der Absorber kann z. B. durch ein Kupferblech oder z. B. eine die Sonnenstrahlung absorbierende Beschichtung aus Metall oder Metallkeramik im Gehäuseinneren gebildet sein. Zur Wärmeisolierung des Absorbers und des Metallrohrs gegenüber der Umgebung, ist das Gehäuse vorzugsweise evakuiert. Das Metallrohr, einschließlich des Kondensatorkopfes kann z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Derartige Sonnenkollektoren mit einer evakuierten Glasoder Doppelglasröhre als Gehäuse werden auch als Vakuumröhrenkollektoren bezeichnet und in der Gebäudetechnik zur Brauchwassererwärmung und zur Heizungsunterstützung eingesetzt (vgl. Prospekt der Firma 3
RZ Solartechnik, Friedrich-von-Teck-Straße 20, 89420 Höchstedt, Deutschland) . Dabei wird die Wärme des Kondensatorkopfes an eine Wärmeträgerflüssigkeit abgegeben, die einen Wärmetauscher zugeführt wird.
Es wurde festgestellt, dass die Kondensation des aufgrund der Sonneneinstrahlung verdampften Wassers in dem Kondensatorkopf, bei der die Verdampfungswärme freigesetzt wird, zu einer Erwärmung des Kondensatorkopfes von bis zum 2000C führen kann. Erfindungsgemäß wird diese hohe Temperatur des Kondensatorkopfes zur Destillation des zu reinigenden Wassers in dem Verdampfer genutzt. Dazu ist das Verdampfergefäß mit einer nach innen ragenden Aufnahme versehen, in die der Kondensatorkopf des Sonnenkollektors zur Wärmeübertragung an das Wasser in dem Verdampfer steckbar ist.
Damit wird erfindungsgemäß ein an sich handelsüblicher Sonnenkollektor verwendet, sodass die Baukosten der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsanlage gering gehalten werden können.
Zugleich weist die erfindungsgemäße Anlage eine außerordentlich hohe Leistung auf. Denn im Gegensatz zu anderen Destillationsanlagen unter Verwendung der Sonnenstrahlung, die nur zu einer Verdunstung des Wassers führen, wird erfindungsgemäß das Wasser in dem Verdampfer auf Siedetemperatur erwärmt, sodass dem Kondensator der Anlage erfindungsgemäß erhebliche Dampf- und damit Wassermengen zugeführt werden.
Die Aufnahme in dem Verdampfergehäuse, in das der Kondensatorkopf an dem Sonnenkollektor gesteckt wird, kann zum Beispiel hülsenförmig ausgebildet sein. Um durch eine flächige Anlage des Kondensatorkopfes an der Einsteckaufnahme eine hohe Wärmeleitung zu erzielen, ist der Innenquerschnitt der Einsteckaufnahme dem Außenquerschnitt des Kondensatorkopfes angepasst. Auch besteht die Einsteckaufnahme vorzugsweise aus Metall, um die Wärme des Kondensatorkopfes möglichst verlustfrei in das zu verdampfende Wasser in dem Verdampfergehäuse abzuführen.
Das Verdampfergehäuse ist bei Betrieb der Anlage im unteren Bereich mit dem zu verdampfenden Wasser gefüllt, während der obere Bereich für den gebildeten Dampf vorgesehen ist. Damit die Wärme von den Kondensatorköpfen der Sonnekollektoren auf möglichst kurzem Weg in das zu verdampfende Wasser abgeführt wird, erstreckt sich der Kondensatorkopf in die Aufnahme vorzugsweise nur bis zur Höhe des Wasserstandes, jedenfalls nur zum Teil in die Höhe des Dampfbereiches in dem Verdampfergefäß.
Das Verdampfergehäuse ist nach außen mit einer für die auftretenden hohen Temperaturen geeigneten Wärmeisolierung, beispielsweise Steinwolle mit Alufolie oder Silikon versehen.
Vorzugsweise ist das Gehäuse des Sonnekollektors rohrförmig ausgebildet. Dabei kann die Länge des rohrförmigen Gehäuses beispielsweise 1 bis 2 Meter und sein Durchmesser z. B. 5 bis 10 cm betragen. Vorzugsweise werden mehrere, z. B. 10 bis 40 derartige rohrförmige Sonnenkollektoren parallel nebeneinander in einer Ebene angeordnet . Die oberen Enden der Sonnekollektoren sind dabei mit ihren Kondensatorköpfen jeweils in eine Aufnahme in dem Verdampfergefäß gesteckt. Das Verdampfergefäß, das sich im Wesentlichen waagrecht über die von unten nach oben verlaufenden rohrförmigen Sonnenkollektoren erstreckt, kann z. B. durch ein Rohr gebildet sein. Die hülsenförmigen Aufnahmen, in die die Kondensatorköpfe der Sonnenkollektoren gesteckt sind, können sich quer, also von unten nach oben, durch das lang gestreckte Verdampfergehäuse bzw. Rohr von der unteren zur oberen Seite erstrecken. Sie können an dem oberen Ende z. B. mit einem Deckel verschlossen sein.
Die Aufnahmen des Verdampfergehäuses zum Einstecken der Kondensatorköpfe der Sonnenkollektoren stellen die wärmeübertragenden Flächen zur Übertragung der Wärme von den Kondensatorköpfen in das zu verdampfende Wasser in dem Verdampfergefäß dar. Um das Verhältnis dieser wärmeübertragenden Flächen zu dem zu erwärmendem Wasser in dem Verdampfergefäß zu erhöhen, ist das Verdampfergefäß vorzugsweise nicht als ein Rohr mit durchgehend gleichem Querschnitt ausgebildet, sondern derart, dass es nur im Bereich der Einsteckaufnahmen einen so großen Querschnitt aufweist, dass das Wasser die Einsteckaufnahmen umströmen, also zwischen der Einsteckaufnahme und der sie umgebenden Gefäßwand hindurchströmen kann, während die Abschnitte des Verdampfergefäßes zwischen zwei benachbarten Einsteckaufnahmen einen geringeren Durchmesser besitzen.
Dazu kann das Verdampfergefäß im Bereich der Einsteckaufnahmen der Form der hülsenförmigen Einsteckaufnahmen angepasst sein, also beispielsweise sich von unten nach oben erstreckende zylindrische oder prismenförmige Abschnitte aufweisen.
Wie erwähnt, ist das Verdampfergefäß bei Betrieb der Anlage unten mit dem zu verdampfenden Wasser und im oberen Bereich mit dem gebildeten Dampf gefüllt. Die Anlage wird vorzugsweise kontinuierlich betrieben, d. h. dem Verdampfergefäß wird beispielsweise mit einer Förderpumpe laufend neues zu reinigendes Wasser zugeführt, während der gebildete Dampf abgezogen und in dem Kondensator zu gereinigtem, destilliertem Wasser kondensiert wird. Das destillierte Wasser ist zudem keimfrei, jedenfalls wenn bei Normaldruck also 1000C oder darüber destilliert wird.
Damit das Verdampfergefäß stets bis zu einem vorgegebenen Niveau mit Wasser gefüllt ist, ist eine Einrichtung zur Regelung des Füllstands in dem Verdampfergefäß vorgesehen, wobei bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des vorgegebenen Niveaus beispielsweise die Förderpumpe betätigt oder abgeschaltet wird.
Die Förderpumpe kann mit einer Fotovoltaikanlage betrieben werden, die an eine Batterie angeschlossen sein kann. Damit ist es möglich, mit der Förderpumpe das Verdampfergefäß z. B. nachts zu spülen, um es z. B. bei der Meerwasserentsalzung von dem abgeschiedenen Salz, Sedimenten und dergleichen Verunreinigungen zu reinigen.
Vorzugsweise ist für die Wasserreinigungsanlage eine Kippeinrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Sole aus dem Verdampfergefäß zu entleeren, bevor dieses gespült (gereinigt) wird. Die Sole kann dann in Becken auf übliche Weise zu Meersalz verarbeitet werden.
Zudem kann eine Pumpe von Vorteil sein, mit der der Dampf aus dem Verdampfergefäß gesaugt und dem Kondensator zugeführt wird. Dadurch wird in dem Verdampfergefäß oberhalb der Wasseroberfläche ein Unterdruck erzeugt, der 2007/001321
7 die Verdampfung zusätzlich fördert. Auch diese Pumpe kann mit der Fotovoltaikanlage betrieben werden.
Damit kein Wasser sondern nur Dampf in das Verdampfergefäß in dem Kondensator gelangen kann, ist der Verdampfer vorzugsweise über eine Steigleitung mit dem Kondensator verbunden.
Vorzugsweise wird das dem Verdampfer zugeführte Wasser mit einem Vorerwärmer vorerwärmt. Wenn der Kondensator zum Kondensieren des verdampften Wassers im Gegenstrom mit Wasser oder einem anderen Fluid gekühlt wird, kann das im Kondensator im Gegenstrom geführte, erwärmte Fluid dem Vorerwärmer zugeführt werden, auch kann der Vorerwärmer mit einem oder mehreren Sonnenkollektoren betrieben werden, wie sie erfindungsgemäß für den Verdampfer eingesetzt werden. Je höher die Temperatur des Wassers ist, das von dem Vorerwärmer dem Verdampfer zugeführt wird, um so kleiner können die Sonnenkollektoren des Verdampfers dimensioniert werden. Das heißt, anstelle von beispielsweise einer zwei Meter langen und einer entsprechenden breiten Sonnenkollektoreinheit für den Verdampfer kann dann gegebenenfalls eine wesentlich kleinere Einheit verwendet werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Anlage;
Figur 2 eine Ansicht eines Teiles eines Sonnenkollektors der Anlage nach Figur 1; Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Verdampfers entlang der Linie III-III in Figur 4 mit den oberen Enden der Sonnenkollektoren der Anlage nach Figur 1, jedoch ohne Wärmeisolierung des Verdampfergefäßes; und
Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3, jedoch ohne Kondensatorköpfe bzw. Sonnenkollektoren.
Gemäß Figur 1 weist die Wasserreinigungsanlage mehrere Sonnenkollektoren 1 auf, die parallel nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind und einen Verdampfer 2 betreiben, der sich über die Sonnekollektoren 1 erstreckt.
An dem Verdampfer 2 ist an einem Ende eine Leitung 3 zur Zufuhr des zu reinigenden Wassers und an dem anderen Ende eine Steigleitung 4 angeschlossen, über welche der in dem Verdampfer 2 gebildete Dampf einen Kondensator 5 zugeführt wird, in dem der in dem Verdampfer 2 gebildete Dampf zu gereinigtem Wasser bzw. bei der Meerwasserentsalzung zu Süßwasser kondensiert, das bei 6 aus dem Kondensator 5 austritt .
Wie in Figur 2 dargestellt, weist jeder Sonnenkollektor 1 einen z. B. als Kupferblech ausgebildeten Absorber 7 auf, der sich in einem rohrförmigen Glasgehäuse 8 von unten nach oben erstreckt. Der Absorber 7 ist wärmeleitend mit einem sich in Gehäuselängsrichtung erstreckenden Metallrohr 9 verbunden, z. B. durch Anlöten, flächige Anlage oder dergleichen. Das Metallrohr 9 ragt mit seinem oberen Ende aus dem Gehäuse 8 nach außen, das zur Wärmeisolierung evakuiert ist. Die Sonnenkollektoren 1 sind so ausgerichtet, dass die Sonnenstrahlung möglichst senkrecht auf die Absorber 7 fällt.
Das aus dem evakuierten Gehäuse 8 ragende Ende des Metallrohrs 9 ist mit einem Kondensatorkopf 11 versehen, der gleichfalls aus Metall besteht. Das Metallrohr 9 ist im unteren Bereich mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt.
Bei Sonneneinstrahlung heizt sich der die
Sonneneinstrahlung absorbierende Absorber 7 auf, wobei er seine Wärme auf das Metallrohr 9 überträgt. Damit wird das Wasser in dem Metallrohr 9 verdampft, wobei der Wasserdampf in dem Kondensatorkopf 11 kondensiert, wodurch die Kondensationswärme des Wassers freigesetzt und damit der Kondensatorkopf auf eine hohe Temperatur von etwa 2000C erwärmt werden kann. Das in dem Kondensatorkopf 11 kondensierte Wasser fließt in das Metallrohr zurück, um im Kreislauf erneut zu verdampfen.
Gemäß Figur 3 sind die Kondensatorköpfe 11 der Sonnenkollektoren 1 in hülsenförmige Aufnahmen 12 gesteckt, die sich quer durch das Verdampfergefäß 13 des Verdampfers 2 erstrecken. Das Verdampfergehäuse 13 ist bis in Höhe des durch einen Pfeil 14 dargestellten Wasserspiegels mit dem zu reinigenden Wasser 15 gefüllt. Der Raum 16 über dem Wasserspiegel 14 bildet den Dampfraum.
Durch die hohe Temperatur der Kondensatorköpfe 11 der Sonnenkollektoren 1 wird das Wasser 15 in dem Verdampfergefäß 13 auf Siedetemperatur also bei Normaltemperatur auf über 1000C bis zum Kochen erwärmt und damit in großer Menge verdampft. 21
10
Um eine optimale Wärmeübertragung sicherzustellen, ist eine flächige Anlage der Kondensatorköpfe 11 an der Innenseite der Aufnahmehülsen 12 vorgesehen.
Damit die Wärme von den Kondensatorköpfen 11 auf möglichst kurzem Weg möglichst verlustfrei über die aus Metall bestehenden Aufnahmehülsen 12 in das zu verdampfende Wasser 15 gelangt, ragen die Kondensatorköpfe 11 der Sonnekollektoren 1 nur bis etwa in Höhe des Niveaus 14, jedenfalls nicht oder nur geringfügig in Höhe des Dampfraumes 16.
Besteht das Verdampfergehäuse 13 lediglich aus einem einfachen Rohr, dessen Durchmesser nicht größer ist als die Länge eine Kondensatorkopfes 11, dann durchdringt dieser die hülsenförmige Aufnahme 12 selbstverständlich zur Gänze.
Wie in Figur 1 dargestellt, ist das Verdampfergefäß 13 mit einer Wärmeisolierung 10 versehen.
Die Aufnahmehülsen 12 zum Einstecken der Kondensatorköpfe 11 der Sonnekollektoren 1 bilden die wärmübertragenden Flächen für die Übertragung der Wärme von den Kondensatorköpfen 11 in das zu verdampfende Wasser 15 in dem Verdampfungsgefäß 13.
Um das Verhältnis dieser wärmeübertragenden Flächen, also der Außenflächen der Kondensatorköpfe 11, zu dem Volumen des zu erwärmenden Wasser 15 in dem Verdampfergefäß 13 zu erhöhen, ist das Verdampfergefäß 13 vorzugsweise derart ausgebildet, dass es im Bereich 17 der Aufnahmehülsen 12 einen großen Querschnitt aufweist, sodass das Wasser 15 die Aufnahmehülsen 12 auf beiden Seiten umströmen kann, wie in Figur 4 durch die Pfeile 18 veranschaulicht. Zwischen den Bereichen 17 mit den Aufnahmehülsen 12 weist das Verdampfergefäß 13 hingegen Abschnitte 19 mit einer geringeren Breite auf, wie aus Figur 4 zu ersehen. Um das Verhältnis der wärmeübertragenden Flächen zu dem Volumen des Wassers 15 in dem Verdampfergefäß 13 weiter zu erhöhen, sind zudem, wie aus Figur 4 ersichtlich, die Bereiche 17 der Form der Aufnahmehülsen 12 angepasst, also zylindrisch ausgebildet oder, wie in Figur 4 für den rechten Bereich 17 schematisch gestrichelt dargestellt, beispielsweise prismenförmig.
Das zu reinigende Wasser wird über den Verdampfer 10 über die Leitung 3 mit einer Förderpumpe 21 zugeführt, während der im Verdampfer 10 gebildete Dampf über die Steigleitung 4 abgezogen und in dem Kondensator 5 zu dem gereinigtem, destillierten Wasser kondensiert wird. Da das Wasser im Verdampfer 10 auf 1000C und mehr erhitzt worden ist, ist es zudem keimfrei.
Damit das Verdampfergefäß 13 stets bis zu dem Niveau 14 mit Wasser 15 gefüllt ist, ist eine nicht dargestellte Einrichtung zur Regelung des Füllstands des Wassers 15 in dem Verdampfergefäß 13 vorgesehen, wobei das vorgegebene Niveau 14 beispielsweise durch Betätigen oder Abschalten der Förderpumpe 21 eingestellt wird.
Das im Kondensator 5 kondensierte Wasser tritt bei 6 aus. Wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt, wird der Kondensator 5 im Gegenstrom mit Wasser gekühlt, das bei 23 in den Kondensator 5 eintritt und bei 24 austritt.
Das zu reinigende Wasser kann über eine Leitung 26 einem Vorerwärmer 25 zugeführt werden, der an die Wasserzufuhrleitung 3 angeschlossen ist. Das in dem Kondensator 5 im Gegenstrom zum Kühlen verwendete bei 24 austretende erwärmte Wasser kann dem Vorerwärmer 25 zur Vorerwärmung zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wasserreinigungsanlage mit wenigstens einem Sonnenkollektor (1) , der einen Verdampfer (2) betreibt und einem mit dem Verdampfer (2) verbundenen Kondensator (5) für das verdampfte, gereinigte Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (1) einen Absorber (7) für die Sonnenstrahlung, der in einem sich von unten nach oben erstreckenden transparenten Gehäuse (8) eingeschlossen ist und ein mit dem Absorber (7) wärmeleitend verbundenes, sich in
Gehäuselängsrichtung erstreckendes Metallrohr (9) aufweist, das mit einer Flüssigkeit gefüllt und dessen oben aus dem Gehäuse (8) ragendes Ende mit einem Kondensatorkopf (11) zur Kondensation der in dem Metallrohr (9) verdampften Flüssigkeit versehen ist, wobei der Verdampfer (2) ein Gefäß (13) mit dem zu reinigenden Wasser (15) aufweist, in das der Kondensatorkopf (11) des Sonnenkollektors (1) ragt, um das zu reinigende Wasser (15) in dem Verdampfergefäß (13) durch Erwärmung auf Siedetemperatur zu verdampfen.
2. Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergefäß (13) eine nach innen ragende Aufnahme (12) aufweist, in die der Kondensatorkopf (11) des Sonnenkollektors (1) zur Wärmeübertragung in das zu reinigende Wasser (15) in dem Verdampfer (2) steckbar ist.
3. Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) der Sonnenkollektoren (1) rohrförmig ausgebildet wird.
4. Wasserreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sonnenkollektoren (1) vorgesehen sind und das Verdampfergefäß (13) mit mehreren Einsteckaufnahmen
(12) zum Einstecken der Kondensatorköpfe (11) der Sonnenkollektoren (1) versehen ist.
5. Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergefäß (13) zum Umströmen der Einsteckaufnahmen (12) mit dem zu reinigenden Wasser (15) im Bereich (17) der Einsteckaufnahmen (12) einen größeren Querschnitt aufweist als in dem Bereich (19) zwischen zwei benachbarten Einsteckaufnahmen (12).
6. Wasserreinigungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Regelung des Füllstands (14) des Wasser (15) in dem Verdampfergefäß (13) vorgesehen ist .
7. Wasserreinigungsanlagen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Regelung des Füllstands (14) in dem Verdampfergefäß (13) eine Förderpumpe (21) zur Zufuhr des zu reinigenden Wassers in das Verdampfergefäß (13) umfasst.
8. Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fotovoltaikanlage zum Betrieb der Füllstandsregelungseinrichtung vorgesehen ist.
9. Wasserreinigungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergefäß (13) über eine Steigleitung (4) mit dem Kondensator (5) verbunden ist.
10.Wasserreinigungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorerwärmer (25) zum Vorerwärmen des dem Verdampfer (2) zugeführten Wassers (15) vorgesehen ist.
11.Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) im Gegenstrom mit einem Fluid gekühlt und das im Kondensator (5) im Gegenstrom geführte erwärmte Fluid dem Vorerwärmer (25) zugeführt wird.
12.Wasserreinigungsanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorerwärmer (25) mit wenigstens einem Sonnenkollektor (1) nach dem Anspruch 1 betrieben wird.
13. Verfahren zur Wasserreinigung, insbesondere
Meerwasserentsalzung durch Verdampfen des Wassers unter Einwirkung der Sonnenstrahlung und Kondensation des verdampften Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verdampfende Wasser (15) unter Verwendung wenigstens eines Sonnenkollektors (1) nach dem Anspruch 1 auf Siedetemperatur erwärmt wird.
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