WO2017080671A1 - VORRICHTUNG ZUR GEWINNUNG VON SÜßWASSER DURCH SONNENENERGIE - Google Patents

VORRICHTUNG ZUR GEWINNUNG VON SÜßWASSER DURCH SONNENENERGIE Download PDF

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WO2017080671A1
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Herbert Kunze
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Clara-Pur Gmbh
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D3/34Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D5/0003Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
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    • B01D5/0057Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/14Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
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    • Y02A20/208Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Definitions

  • the invention relates to a device for the recovery of fresh water according to the preamble of patent claim 1.
  • a device for obtaining fresh water with a housing in which a evaporator and a heat exchanger are arranged, wherein the housing has an outlet for the fresh water at one end, is known for example from DE 10 2004 063 447 B4.
  • DE 10 2004 063 447 B4 discloses a device for recovering fresh water from raw water, which has an obliquely arranged housing, in which a flat-shaped evaporator and a likewise flat-shaped heat exchanger are formed.
  • the housing of this known device is sealed by a parallel to the evaporator arranged transparent cover.
  • the vaporized from the evaporator part of the raw water is condensed on a simultaneously acting as a condenser heat exchanger to fresh water and passed through a channel from the housing.
  • the heat exchanger is in this case arranged between the rear wall of the housing and the evaporator above the housing bottom.
  • the heat exchanger is supplied from its bottom raw water, which is supplied to the top of its heat through the heat exchanger via a bypass of a drip and passes by means of the drip device to the evaporator.
  • CONFIRMATION COPY a housing bottom flows into a lower region of the device.
  • Heat exchanger condenses the moisture from the water-laden air.
  • This condensate now flows along the heat exchanger into a fresh water collection channel and is led out of the device.
  • the air which has previously been heavily laden with moisture, is cooled, so that it sinks into the lower region of the device, where it is heated again steadily by the heat generated by the solar radiation.
  • the heated air flows upwards between the translucent housing top side and the evaporator and takes up again evaporated raw water from the evaporator surface.
  • WO 2015 1 18012 A1 discloses a heat exchanger for a solar water treatment system.
  • the heat exchanger comprises at least two superimposed sheets of polymer, which are interconnected by means of a weld.
  • the object of the invention is to further develop the known from the prior art apparatus for fresh water production and to increase their effectiveness.
  • the turbulence and turbulence of the air flow is increased.
  • Such a turbulent air flow occurs when a slowed down air flow and an accelerated air flow meet. It is well known and was in A number of tests confirm that a turbulent air flow has a positive effect on the total air flows in the device, since a more turbulent flow has a favorable effect, in particular with regard to the evaporation process and the condensation process of the device.
  • the drip device is arranged inclined and that the inlet opening is mounted below the outlet opening. This ensures that air bubbles that can possibly form in the drip, by the flow of the incoming raw water, which also warms when passing through the drip, can flow with the raw water and be carried out with this from the drip.
  • the heat exchanger not only has a step structure with a plurality of individual or example staircase interconnected elements, but in addition it is provided that the evaporator and the elements of the heat exchanger on their surfaces have structures that favor the turbulence of fresh water particles containing gas flow, so for example surveys , which protrude from the respective top or bottom surface.
  • the heat exchanger comprises a structure with a meandering channel, which may be identical to the structure of the evaporator, the difference between the evaporator and the heat exchanger being that the heat exchanger has on its surface a hermetic cover and sealing of the channel structure.
  • the sealing is provided by a superficial plate which, like the gutter structure, is also preferably made of polypropylene and is friction welded to the gutter structure.
  • the evaporator is constructed in steps.
  • the evaporator is preferably made of polycarbonate, which has a higher thermal and mechanical stability compared to the polypropylene.
  • the evaporator has means for damming or reducing the flow velocity of the running water, in particular dams, the flow rate of the water is reduced and thus increases the residence time in the device.
  • these means constitute turbulence generators for generating turbulence in the water flow.
  • means for increasing the turbulence in the gas flow are provided on the evaporator or the elements of the heat exchanger as uprising elements, such as blocks or tips that impede the flow of air.
  • the distances between the elements of the heat exchanger and a housing bottom taper to a fresh water outlet located in the lower region of the housing.
  • the housing bottom and the housing walls are advantageously formed in one piece and stackable, such that the housing walls taper down to the housing bottom.
  • the housing walls taper either conically or additionally also by step shapes.
  • the transparent and made of a different material housing cover can be placed on a step structure on top of the housing walls and fastened to this structure.
  • the housing cover is preferably designed so that it is stackable. in the region of the upper edge of two opposite housing walls
  • a structure can be provided which allows the sliding or pushing in of a housing cover so that it lies firmly in the step structure and can not be carried away by wind or a thermal flow.
  • the housing walls each have at least one fold on their upper side for receiving an in particular peripheral projection of the housing cover.
  • the side walls are received on their inner sides stepped structures for supporting the elements of the heat exchanger.
  • a fine step structure can be provided which allows different arrangements of the elements of the heat exchanger.
  • the stepped structures for fixing the elements on the inside of the side walls contribute to the generation of turbulence in the air flow.
  • meandering channels can also be provided on the surface of the evaporator, or in conjunction with the storage devices, which also increase the residence time of the water on the top side.
  • the corners and edges of the grooves can be configured with projections and obstacles that on the one hand turbulence is brought into the water flow and overall the outflow of water is delayed.
  • a palm structure on the underside of the lid is used with advantage, which helps to drain the condensing water there so that it runs down either side of the channel structure of the evaporator or in the middle on the underside of the lid as disk condensate and together with can be collected on a sloping underside descending distillate water drops.
  • the structure, in particular the Palm structure at its lower end with an outlet or with a hose for the outflow of fresh water communicates.
  • the housing of the device is not simply horizontal, but preferably has an angle of about 30 ° with respect to a water surface inside or outside the device.
  • the water surface is in an open container.
  • the heat exchanger formed from the plurality of elements is steeper overall in the Device as the evaporator.
  • the steeper position of the heat exchanger has the advantage that with respect to the air flow in the device, the heat exchanger with the evaporator form a kind of diffuser.
  • the steeper device arranged in the heat exchanger and the housing bottom of the device with respect to the air flow within the device form a kind of nozzle.
  • the interaction of the evaporator with this nozzle has a particularly favorable effect on the air flow within the device. Due to the upward respectively increasing steepness of the employment of the elements of the heat exchanger and / or by the upward decreasing distance of the elements of the heat exchanger with respect to the evaporator, the gap between the evaporator and the heat exchanger, which simultaneously forms a condenser, a variable course. If the angle between the evaporator and the elements of the heat exchanger selected accordingly, the gap, for example, between these two components in the upper region has a smaller dimension than in the lower region. If, with regard to the gap of these two components, a flow is passed through which flows through the gap from top to bottom, the selected arrangement of the two components forms a type of diffuser.
  • the gap between the elements of the heat exchanger and the housing bottom of the device has an exactly opposite cross-sectional profile.
  • a nozzle is formed according to the principle. An air flowing into the gap from above is accelerated by the nozzle effect, so that the air flowing through between the heat exchanger and the housing bottom escapes at the gap becoming narrower in the lower region of the heat exchanger much faster than it has entered the wider gap at the top. In the lower region of the device, therefore, a slowed-down air flow and the accelerated air flow hit one another, resulting in a very turbulent air flow, in particular in this region.
  • the evaporator can be arranged parallel to the housing top. Depending on the application, it may also be useful that the evaporator with respect to the upper side of the housing is arranged at an angle. For example, the evaporator can be made to the upper side of the housing so that the evaporator is arranged overall shallower in the housing, wherein the raw water passed on top of the evaporator runs less quickly downwards over the evaporator. In this way it can be achieved that the raw water remains on the Verdunster Structure for a longer period. This in turn can have a positive effect on the evaporation performance with respect to the raw water in the housing.
  • a particularly preferred embodiment provides that the evaporator has at least one thermoforming profile.
  • the raw water is forcibly passed through the evaporator according to the invention, that almost the entire surface is always kept moist, so that, as a result, the evaporation process is very effective.
  • thermoforming profile by means of a frame and by means of a forced water flow, that the raw water mixes with the distillate or fresh water.
  • the device has further components that can be made from a single thermoforming profile.
  • the same thermoforming profile is used for the manufacture of various components, such as the heat exchanger, a heat exchanger of the device or a drip device of the device.
  • the possibility to produce such components of the device from thermoforming profiles, for the production of which only requires a thermoforming tool not only minimizes the manufacturing cost, but also simplifies the manufacture of the device itself and their assembly and their structure. For example, if a plurality of components can be manufactured by a deep drawing process, the production of this device is particularly simple.
  • the heat exchanger of the device is formed from at least one deep-drawn profile, preferably from two deep-drawn profiles. Also on the heat exchanger to meet the advantages described in terms of the evaporator. Therefore, the device with a heat exchanger designed in this way is also essential to the invention, apart from the characterizing features of the main claim of the invention.
  • the device has a heat exchanger which is formed from at least two thermoforming profiles.
  • the heat exchanger is made of at least two thermoforming profiles, which are arranged, for example, such a mirror image of each other that between them creates a cavity through which the raw water can be passed.
  • the profiling of the thermoforming profile also results in a forced guidance of the raw water for the heat exchanger, wherein this is passed in zigzag form from bottom to top through the heat exchanger.
  • Particularly advantageous in this case is the surface with a low roughness of the thermoforming profiles, wherein in particular a reduction of the friction losses between the inner surface of the heat exchanger and the raw water allows improved passage of the raw water.
  • the drip device is preferably formed from a thermoformed profile.
  • the raw water is brought to the evaporator.
  • the dripping device receives the raw water, for example via a bypass directly from the heat exchanger.
  • the dripping device is also made of the same thermoforming profiles as, for example, the evaporator and the heat exchanger, so that also results in a further substantial simplification of the structure of the entire device.
  • the drip device has only a single outlet.
  • this outlet is located on the opposite side of a flow of a first stair segment of the thermoforming profile.
  • the raw water distributes predominantly first on the upper leg of the stair segment.
  • thermoforming profile has at least one stair segment.
  • the differently shaped legs refer in this case on the one hand to the leg length of the stair segment and the other to the leg depth of the stair segment.
  • a stair segment is understood to mean a region of the thermoforming profile, which is preferably formed from two differently shaped thighs. It is understood that a component such as a heat exchanger or a Verdunster from a plurality of stringed staircase segments (thermoforming profiles) may be formed.
  • the two legs of the staircase segment have different depths.
  • it has the first favorable for evaporation Leg a greater depth than the approximately vertically aligned second leg.
  • the first leg can receive a larger surface area than the second leg.
  • a further embodiment provides that at least one leg has a water drainage boundary.
  • a water drainage limiter ensures, for example, that the raw water running along the deep-drawn profile does not simply shoot down from above on the surface of the staircase segment, but is retained at least partially in the region of the leg having the water drainage limiter.
  • the water drainage limit can be formed by a physical unit with the thermoforming profile.
  • the water drainage limitation is made directly during the deep-drawing process. It is also possible that this water drainage restriction is attached as an independent component to the leg.
  • the water drainage boundary is arranged in the vicinity of the leg edge. But it can also be arranged at a distance from the leg edge. It is particularly advantageous if the water drainage boundary has at least one material recess. This material recess is preferably located on one of the two end faces of a leg. The material recess ensures that the water does not normally flow over the water drainage boundary of the stair segment, but is merely jammed at the water drainage boundary. The water preferably flows off at the material recess of the water drainage boundary.
  • the material recess is formed as a kind of overflow. But it can also be introduced, for example, as a hole in the water drainage boundary or formed as a bore in the leg.
  • At least one leg has a flow through which the raw water is forcibly guided, inter alia.
  • This flow is preferably arranged in the region of an end face of a limb.
  • the flow serves to direct the water from one leg of a first stair segment to a leg of a second stair segment. If the flow is arranged on the respective opposite end face of a stair segment, the water flows as long as possible over the leg. Thus, the largest possible surface is wetted with water.
  • thermoforming profile can be used particularly well as a component for a vaporizer, heat exchanger, etc.
  • thermoforming profile has a frame.
  • the frame of the thermoforming profile forms a conclusion, in particular on the front sides of the legs, so that, for example, the raw water can not escape uncontrollably from the thermoforming surface.
  • thermoforming profile has an inlet and a drain, which are substantially identical. This ensures that, for example, always only so much raw water can flow into the thermoforming profile, as well as can be dissipated. It is also useful that the inlet is smaller than the drain.
  • the surface finish of the thermoforming profile is smooth.
  • the smooth surface may be ground, for example by means of a 400 abrasive. It is also possible to perform the surface of the thermoforming profile as a no-drop surface. It is understood that the surface of the thermoforming profile can be provided with a particularly smooth coating, for example with a lacquer layer. Also, the surface may be treated so as to have the so-called lotus effect. This contamination of the surface is almost impossible.
  • the deep-drawn profile with the smooth surface finish has the advantage that dirt particles can not accumulate on the surface of the deep-drawn profile as quickly. In addition, this surface has the advantage that the friction losses are reduced with respect to a medium in contact with it.
  • thermoforming profile is made of polypropylene (PP), preferably of a polypropylene derivative.
  • PP polypropylene
  • a deep-drawn polypropylene profile is particularly easy to manufacture.
  • a solar paint can be introduced into the polypropylene and / or the surface can be coated with solar paint.
  • the evaporator In particular with regard to the evaporator, increased solar energy absorption is advantageous. It is understood that not only the evaporator can have the materials described above, but also other components of the device. This relates in particular to all components of the device which are produced by means of the deep-drawing profile according to the invention.
  • the device has a raw water collecting container.
  • each device preferably has a raw water collecting container.
  • a raw water collecting container In such a raw water collecting a certain raw water reservoir can then be arranged so that each device is supplied by raw water with the same pressure.
  • the pre-pressure on the device for obtaining fresh water by means of an integrated container with float valve is kept constant.
  • the raw water collecting tank is arranged at a point at which the raw water has not yet flowed through the heat exchanger of the device, so that even the heat exchangers of approximately successively connected devices get one and the same amount of raw water supplied under equal pressure conditions. It is also possible to connect the raw water tank with a bypass, which is arranged for example between the heat exchanger and the dripping device.
  • the raw water collection container can also be arranged externally, so not directly attached to the device.
  • the device may comprise at least one groove outside the housing.
  • the channel is also ensured that the raw water has almost the same pressure on each device, in particular on each device connected in series or a constant volume of raw water is available.
  • the raw water collecting container comprises at least one pressure valve.
  • a pressure valve means any device which is capable of keeping the raw water pressure constant at least immediately in front of the device and / or in the vicinity of a preset value. This is particularly advantageous in the case of a large number of devices connected in series.
  • the pressure valve may, for example, as previously mentioned, be arranged as a float valve in or on the raw water collection tank. The pressure valve ensures that all devices are supplied with the same amount of raw water, in particular with the same raw water pressure.
  • the device has at least one flow regulator.
  • two flow regulators are arranged in the bypass between the heat exchanger and the dripping device. This makes it possible to distribute the amount of raw water between the drip and the bypass.
  • the distribution of the raw water with a shutter and a non-return valve is set so that preferably 20% of the raw water flow into the dripper and 80% flow into a collection area for raw water of the device. Depending on the place of installation or after sunshine this can Ratio vary.
  • the particular advantage of the flow regulator is that this almost always ensures that the device does not cool due to excessive raw water flow or not overheated by too low a flow of raw water. It is understood that the feature with respect to the flow regulator is also essential to the invention independently of the characterizing features of the main claim, since the reliability of a device for fresh water production is substantially increased with a flow controller.
  • the device has a Kondensatsammei worn on the inside of the housing top.
  • the condensation of water in the device is so high that also condensate forms in particular on the transparent, cool housing top.
  • this disk condensate can also be collected with a rubber lip and be discharged into a clean water collector.
  • the rubber lip is preferably arranged in a lower region of the housing upper side, wherein the condensate to be discharged can be discharged laterally into a channel of the device.
  • the device is sealed gas-tight.
  • the device is sealed gas-tight.
  • the device is advantageous to seal the device gas-tight.
  • the formation of salt crystals which are difficult to dissolve again prevented. Falls below a certain moisture content within the device, the salt can crystallize and thus clog the device inside.
  • Another advantage that results from a gas-tightly sealed device is that the risk is reduced that pests or dust or sand penetrates into the interior of the device.
  • a gas-tight sealed device For example, it is almost impossible for beetles to penetrate into the device and die there, possibly impairing the functional efficiency of the device.
  • the negative pressure can be generated in this case for example by a water column in a sequence of the device.
  • FIG. 1 shows a device for obtaining fresh water in longitudinal section along a section axis II - II of Fig. 2,
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in a perspective view and cut away, including a housing cover with a palm structure on its underside, FIG.
  • Fig. 3 shows the device of FIG. 1 without the housing cover
  • Fig. 4 shows the structure of a meandering channel from the bottom of an evaporator of the device.
  • a device 1 (FIGS. 1 to 3) comprises a housing 2, which in turn has a housing bottom 3 and a plurality of housing walls 4, 5, 6.
  • the housing walls 4 and 5 and (not shown) side walls have on their inner side in each case stages 7, 70, 71, 72, 73, 74, 75, which are for the support of elements 8, 9 of a heat exchanger 10 and further, arranged in the interior of the device 1 components serve.
  • the housing wall 5 is inclined relative to the horizontal at an acute or obtuse angle in order to optimally adapt the device optimally to the position of the sun, so that maximum utilization of the solar radiation is achieved. This angle is the angle of attack.
  • the elements 8, 9 are in turn at an acute angle relative to the housing wall 5, d. H. the housing bottom, inclined, for example, at an angle of 30 °. This inclined adjustment of the elements 8, 9 serves to facilitate the drainage of condensate, which forms on the surfaces of the elements 8, 9, by the use of gravity.
  • the elements 8, 9 are substantially sheet-shaped, such that between the upper edge 82 of the element 8 and the lower edge 91 of the element 9 is an open area through which air flows. By this air flow, which is preferably turbulent, the process of heat exchange is promoted.
  • the elements 8, 9 are mutually shingled or goat-shaped; in any case, they are arranged so that a breeze can pass between each two elements. It is understood that in addition to the two elements 8, 9 shown here, a plurality of elements may be provided, for example, ten elements.
  • the elements 8, 9 thus form the heat exchanger 10, which appears substantially plate-shaped, however, each slot-shaped interruptions through the open areas between an upper edge of a first element and the adjacent lower edge of a second element, which are behind the other in the flow direction of the water having.
  • a translucent housing cover 1 1 On its upper side, the device 1 is covered by a translucent housing cover 1 1. This has on its underside a structure, in particular a palm-shaped structure, ie a palm tree or Palmwedelmila 12, on which promotes the drainage of condensed fresh water droplets. Between the elements 8, 9 on the one hand and the housing cover 1 1 on the other hand, a evaporator 13 is arranged, which has on its upper side at least one meandering spiral groove 14 (Fig. 4), from which fresh water evaporates and, for example, at the bottom of the housing cover 1 condensed.
  • a meandering spiral groove 14 Fig. 4
  • the device is connected via an inlet or raw water inlet 15 in connection with a (not shown) raw water reservoir.
  • Raw water is passed through the inlet 15 in succession from bottom to top through the elements 8, 9, which in each case have in their interior, for example, a meandering or zigzag-shaped tube.
  • the tube of the element 8 is connected to the tube of the element 9 via a hose 16, so that the elements 8, 9 are connected to each other by the tube 16.
  • the raw water enters via a hose 17 in a drip device 18 a. From the drip device 18, the raw water enters via a hose 19 to the channel 14 of the evaporator 13.
  • an outlet 20 attached to the drip device 18 for the hose 19 is mounted above an inlet 21 for the hose 17, so that the raw water must ascend against the force of gravity in the dripping device 18. This prevents that settle in the drip 18 air bubbles that hinder the flow of raw water.
  • a meander structure can also be provided on the underside of the dripping device 18, which is comparable to the meandering structure of the channel 14.
  • the device 1 has a fresh water outlet 22 for the condensed fresh water and a residual water outlet 23 for remaining residual water having an increased salt and impurity content.
  • the two outlets 22, 23 are separated by a mounted between the bottom 3 and the side wall 5 stage 24.
  • a step system with recesses 25 embedded in inclined planes 70, 72 or steps 71 permits the support of the elements 8, 9 of FIG Heat exchanger 10.
  • the inside of the housing wall 5 is inclined to the center down to allow the collection of residual water.
  • the side walls 4, 6 extend outwardly preferably stepped with shoulders 26 and are also slightly conically arranged in order to be easily stacked in one another (Fig. 2, 3).
  • the channel 14 ( Figure 4) is provided with turbulence-generating projections or obstacles 27 at the points where the flow of water is deflected.
  • the evaporator 13 is preferably formed as a deep-drawn part. About a receptacle 28 it takes from the drip 18 dripping drops from the hose 19. At an outlet 29, it releases the non-evaporated residual water, so that it can flow out of the residual water outlet 23.
  • the housing cover 1 1 has on the underside of its peripheral outer edge 30 a fold 31 which rests either on a smooth upper edge of the housing walls 4, 6 or in turn received by a fold or a depression or a chamfer on the upper edge of the housing walls 4, 6 becomes.
  • a fold 31 which rests either on a smooth upper edge of the housing walls 4, 6 or in turn received by a fold or a depression or a chamfer on the upper edge of the housing walls 4, 6 becomes.
  • other embodiments can be realized, which serve to prevent the cover 1 is carried away by the wind.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Gewinnung von Süßwasser mit einem Gehäuse (2) umfasst einen zur Sonne hin ausrichtbaren lichtdurchlässigen Gehäusedeckel (11), einen Gehäuseboden (3) und Gehäusewände (2, 4, 5, 6), einen Süßwasserauslass (22), einen Rohwassereinlass (15), einen Restwasserauslass (23), einen Wärmetauscher (10), eine Tropfeinrichtung (18), der durch eine Einlassöffnung (21) über den Wärmetauscher (10) Rohwasser aus dem Rohwassereinlass (15) zuführbar ist, und einen Verdunster (13), der oberhalb des Wärmetauschers (10) angeordnet ist und der eingangsseitig mit einer Auslassöffnung (20) der Tropfeinrichtung (18) verbunden ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) aus wenigstens zwei Elementen (8, 9) ausgebildet ist, die stufenförmig zueinander angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser durch Sonnenenergie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser mit einem Gehäuse, in weichem ein Verdunster und ein Wärmetauscher angeordnet sind, wobei das Gehäuse an einem Ende einen Auslass für das Süßwasser aufweist, ist beispielsweise aus DE 10 2004 063 447 B4 bekannt.
Aus DE 10 2004 063 447 B4 geht eine Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser aus Rohwasser hervor, die ein schräg angeordnetes Gehäuse aufweist, in ein flächig ausgebildeter Verdunster und ein ebenfalls flächig ausgebildeter Wärmetauscher ausgebildet sind.
Das Gehäuse dieser bekannten Vorrichtung wird durch ein parallel zum Verdunster angeordnete transparente Abdeckung abgedichtet. Hierbei wird der von dem Verdunster verdampfte Teil des Rohwassers an einem gleichzeitig als Kondensator fungierenden Wärmetauscher zu Süßwasser kondensiert und über eine Rinne aus dem Gehäuse geführt. Der Wärmetauscher ist hierbei zwischen der Gehäuserückwand und dem Verdunster oberhalb des Gehäusebodens angeordnet. Dem Wärmetauscher wird von seiner Unterseite Rohwasser zugeführt, welches nach seiner Erwärmung durch den Wärmetauscher oberseitig über einen Bypass einer Tropfeinrichtung zugeführt wird und mittels der Tropfeinrichtung zu dem Verdunster gelangt.
Derjenige Teil des Rohwassers, welcher an der Oberfläche des .Verdunsters verdunstet und von einer strömenden Luft aufgenommen wird, steigt innerhalb der schräg aufgestellten Vorrichtung nach oben auf. Dort wird die feuchtigkeitsbeladene Luft durch die Gehäusebegrenzung oder durch die Gehäuserückwand umgelenkt, so dass die feuchtigkeitsbeladene Luft zum einen in einen Spalt zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdunster und zum anderen in einem Spalt zwischen dem Wärmetauscher und
BESTÄTIGUNGSKOPIE einem Gehäuseboden in einen unteren Bereich der Vorrichtung strömt. An dem
Wärmetauscher kondensiert hierbei die Feuchtigkeit aus der wasserbeladenen Luft.
Dieses Kondensat fließt nun entlang des Wärmetauschers in eine Süßwassersammeirinne und wird aus der Vorrichtung herausgeführt.
Durch den Kondensationsvorgang wird die vorher noch stark mit Feuchtigkeit beladene Luft abgekühlt, so dass sie bis in den unteren Bereich der Vorrichtung sinkt und dort von durch die Sonneneinstrahlung erzeugter Wärme wieder stetig erwärmt wird. Hierdurch strömt die erwärmte Luft zwischen der lichtdurchlässigen Gehäuseoberseite und dem Verdunster nach oben und nimmt erneut verdunstetes Rohwasser von der Verdunsteroberfläche auf.
In WO 2015 1 18012 A1 wird ein Wärmetauscher für ein solares Wasserbehandlungssystem offenbart. Der Wärmetauscher umfasst wenigstens zwei übereinandergelegte Platten aus Polymer, die mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Süßwassergewinnung weiterzuentwickeln und ihre Effektivität zu steigern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie in Anspruch 1 angegeben.
Durch die stufenförmige Anordnung der Elemente des Wärmetauschers, der gleichzeitig auch die Funktion eines Wärmetauschers zur Bildung von Süßwasserdestillat hat, wird die Turbulenz und Verwirbelung der Luftströmung erhöht. Es sind wenigstens zwei derartige Elemente vorhanden; es lassen sich jedoch auch je nach Größe und Neigung der Vorrichtung gegenüber der Sonne auch weit mehr Elemente vorsehen.
Eine solche turbulente Luftströmung entsteht, wenn eine verlangsamte Luftströmung und eine beschleunigte Luftströmung aufeinandertreffen. Es ist bekannt und wurde in einer Vielzahl von Versuchen bestätigt, dass sich eine turbulente Luftströmung sich positiv auf die gesamten Luftströmungen in der Vorrichtung auswirkt, da sich eine turbulentere Strömung insbesondere hinsichtlich des Verdunstüngsprozesses und des Kondensationsprozesses der Vorrichtung günstig auswirkt.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den Zeichnungen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Tropfeinrichtung geneigt angeordnet ist und dass die Einlassöffnung unterhalb der Auslassöffnung angebracht ist. Dadurch wird erreicht, dass Luftbläschen, die sich in der Tropfeinrichtung allfällig bilden können, durch die Strömung des zulaufenden Rohwassers, das sich zudem beim Durchlaufen der Tropfeinrichtung erwärmt, mit dem Rohwasser mitströmen können und mit diesem aus der Tropfeinrichtung herausgetragen werden.
Vorzugsweise hat erfindungsgemäß der Wärmetauscher nicht nur eine Stufenstruktur mit mehreren einzelnen oder beispielsweise treppenförmig miteinander verbundenen Elementen, sondern zusätzlich ist vorgesehen, dass der Verdunster und die Elemente des Wärmetauschers auf ihren Oberflächen Strukturen aufweisen, die die Turbulenz einer Süßwasserpartikel enthaltenden Gasströmung begünstigen, also beispielsweise Erhebungen, die aus der jeweiligen oberseitigen oder auch unterseitigen Oberfläche herausragen.
Der Wärmetauscher umfasst eine Struktur mit einer mäandrierenden Rinne, die identisch sein kann mit der Struktur des Verdunsters, wobei der Unterschied zwischen dem Verdunster und dem Wärmetauscher darin besteht, dass der Wärmetauscher auf seiner Oberfläche eine hermetische Abdeckung und Abdichtung der Rinnenstruktur aufweist. Die Abdichtung wird durch eine oberflächliche Platte geschaffen, die wie die Rinnenstruktur ebenfalls vorzugsweise aus Polypropylen besteht und im Reibschweißverfahren mit der Rinnenstruktur verbunden ist. Außerdem lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass auch der Verdunster stufenförmig aufgebaut ist. Der Verdunster ist vorzugsweise aus Polycarbonat hergestellt, das gegenüber dem Polypropylen eine höhere thermische und mechanische Stabilität aufweist.
Wenn der Verdunster Mittel zum Aufstauen oder zum Vermindern der Strömungsgeschwindigkeit des ablaufenden Wassers, insbesondere Staudämme, aufweist, wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers reduziert und damit die Verweildauer in der Vorrichtung erhöht. Gleichzeitig stellen diese Mittel Turbulenzerzeuger zur Erzeugung von Turbulenzen in dem Wasserfluss dar.
Gleichzeitig sind an dem Verdunster oder den Elementen des Wärmetauschers Mittel zur Erhöhung der Turbulenz in der Gasströmung vorgesehen wie aufragende Elemente, beispielsweise Blöcke oder Spitzen, die den Luftstrom behindern.
Zur Verstärkung der Turbulenzen dient es auch, wenn sich die Abstände der Elemente des Wärmetauschers gegenüber dem Verdunster zu einem im unteren Bereich des Gehäuses befindlichen Süßwasserauslass vergrößern.
Als weitere Maßnahme zur Erhöhung der Turbulenz ist vorgesehen, dass sich die Abstände der Elemente des Wärmetauschers gegenüber einem Gehäuseboden zu einem im unteren Bereich des Gehäuses befindlichen Süßwasserauslass verjüngen.
Aus konstruktiven Gründen werden der Gehäuseboden und die Gehäusewände mit Vorteil einteilig und stapelbar ausgebildet sind, dergestalt, dass sich die Gehäusewände nach unten zum Gehäuseboden verjüngen. Die Gehäusewände verjüngen sich entweder nur konisch oder zusätzlich auch noch durch Stufenformen. Der durchsichtige und aus einem anderen Material bestehende Gehäusedeckel lässt sich auf eine Stufenstruktur auf der Oberseite der Gehäusewände auflegen und auf dieser Struktur befestigen. Auch der Gehäusedeckel ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass er stapelbar ist. im Bereich der Oberkante zweier sich gegenüberliegender Gehäusewände kann eine Struktur vorgesehen sein, die das Aufschieben ode'r Hineinschieben eines Gehäusedeckels ermöglicht, so dass dieser fest in der Stufenstruktur liegt und nicht durch Wind oder eine thermische Strömung weggetragen werden kann.
Alternativ lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass die Gehäusewände auf ihrer Oberseite jeweils wenigstens einen Falz zur Aufnahme eines insbesondere umlaufenden Vorsprungs des Gehäusedeckels aufweisen. Alternativ liegt ein umlaufender Vorsprung auf der Unterseite des Gehäusedeckels auf einer glatten Oberfläche der Gehäusewände auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Seitenwände auf ihren Innenseiten stufenförmige Strukturen zur Lagerung der Elemente des Wärmetauschers aufgenommen. Dabei lässt sich eine feine Stufenstruktur vorsehen, die verschiedene Anordnungen der Elemente des Wärmetauschers gestattet. Auch die stufenförmigen Strukturen zur Fixierung der Elemente auf der Innenseite der Seitenwände tragen zur Erzeugung von Turbulenzen in der Luftströmung bei.
Mit Vorteil lassen sich auf der Oberfläche des Verdunsters auch oder in Verbindung mit den Stauvorrichtungen mäandrierende Rinnen vorsehen, die ebenfalls die Aufenthaltsdauer des Wassers auf der Oberseite vergrößern. Auch lassen sich die Ecken und Kanten der Rinnen mit Vorsprüngen und Hindernissen ausgestaltet, dass das einerseits Turbulenzen in die Wasserströmung hineingebracht wird und insgesamt das Abströmen des Wassers verzögert wird.
Ebenso kommt mit Vorteil eine Palmenstruktur auf der Unterseite des Deckels zum Einsatz, die dazu beiträgt, das Abtropfen dort kondensierenden Wassers so zu gestalten, dass dieses entweder seitlich der Rinnenstruktur des Verdunsters oder in der Mitte auf der Unterseite des Deckels als Scheibenkondensat herabläuft und zusammen mit den auf einer geneigten Unterseite herabrinnenden Destillatwassertropfen gesammelt werden kann. Zur Gewährleistung des Abflusses des Süßwassers von der Unterseite des Deckels kann vorgesehen sein, dass die Struktur, insbesondere die Palmenstruktur, an ihrem unteren Ende mit einem Austritt oder mit einem Schlauch zum Herausfließen des Süßwassers in Verbindung steht.
Im normalen Alltagsbetrieb ist das Gehäuse der Vorrichtung nicht einfach horizontal angeordnet, sondern hat vorzugsweise etwa einen Winkel von 30° gegenüber einer Wasserfläche innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung. Beispielweise befindet sich die Wasserfläche in einem offenen Behälter.
Allein durch die Gesamtausrichtung der Vorrichtung haben insbesondere auch der Wärmetauscher und der Verdunster einen entsprechenden Winkel gegenüber der Wasserfläche.
Dadurch, dass die Elemente des Wärmetauschers jeweils einzeln gegenüber dem Verdunster in einem Winkel angeordnet sind und vorzugsweise sich auch noch der Abstand zwischen jedem einzelnen Element und dem Verdunster nach oben hin jeweils verringert, steht der aus der Mehrzahl der Elemente gebildete Wärmetauscher insgesamt steiler in der Vorrichtung als der Verdunster.
Dies hat einerseits den Vorteil, dass hierdurch der Kondensatablauf optimiert wird, da das Kondensat schneller von der Oberfläche des steiler angeordneten Wärmetauschers abläuft. Dadurch, dass das Kondensat schneller bzw. leichter von dem Wärmetauscher ablaufen kann, wird beispielweise eine neue Kondensatbildung begünstigt.
Andererseits hat die steilere Position des Wärmetauschers den Vorteil, dass hinsichtlich der Luftströmung in der Vorrichtung der Wärmetauscher mit dem Verdunster eine Art Diffusor bilden. Zudem bilden der steiler in der Vorrichtung angeordnete Wärmetauscher und die Gehäuseunterseite der Vorrichtung hinsichtlich der Luftströmung innerhalb der Vorrichtung eine Art Düse.
Das Zusammenspiel des Verdunsters mit dieser Düse wirkt sich besonders günstig auf die Luftströmung innerhalb der Vorrichtung aus. Durch die nach oben jeweils zunehmende Steilheit der Anstellung der Elemente des Wärmetauschers und/oder durch den nach oben geringer werdenden Abstand der Elemente des Wärmetauscher bezüglich des Verdunsters hat der Spalt zwischen dem Verdunster und dem Wärmetauscher, der gleichzeitig einen Kondensator ausbildet, einen veränderlichen Verlauf. Ist der Winkel zwischen dem Verdunster und den Elementen des Wärmetauschers entsprechend gewählt, hat der Spalt beispielsweise zwischen diesen beiden Bauteilen im oberen Bereich eine kleinere Abmessung als im unteren Bereich. Nimmt man hinsichtlich des Spaltes dieser beiden Bauteile eine Strömung an, die den Spalt von oben nach unten durchströmt, bildet die gewählte Anordnung der beiden Bauteile eine Art Diffusor. Es hat sich in einer Vielzahl von Versuchen gezeigt, dass eine von oben in den Spalt einströmende Luft während des Durchströmens des nach unten breiter werdenden Spaltes sich verzögert. Beispielsweise steht hierdurch die Oberfläche des Wärmetauschers wesentlich länger mit der vorzugsweise stark wasserbeladenen Luft in Kontakt. Die Oberfläche des Wärmetauschers kann hierbei mehr Luftfeuchtigkeit oder Kondensat aufnehmen, wodurch sich unter anderem die Effektivität der Süßwassergewinnung erhöht. Für eine erhöhte Luftfeuchtigkeitsaufnahme ist beispielsweise die steilere Anordnung des Wärmetauschers innerhalb der Vorrichtung ebenfalls vorteilhaft, da hierdurch das Kondensat schneller von der Wärmetauscheroberfläche ablaufe kann.
Im Gegensatz hierzu weist der Spalt zwischen den Elementen des Wärmetauschers und der Gehäuseunterseite der Vorrichtung einen genau gegenläufigen Querschnittsverlauf auf. Das bedeutet, die Spalthöhe im oberen Bereich ist größer als die Spalthöhe im unteren Bereich der Vorrichtung. Hierdurch ist dem Prinzip nach eine Düse gebildet. Eine von oben in den Spalt einströmende Luft wird durch die Düsenwirkung beschleunigt, so dass die zwischen dem Wärmetauscher und der Gehäuseunterseite durchströmende Luft an dem im unteren Bereich des Wärmetauschers schmaler werdenden Spalt wesentlich schneller austritt, als sie oben in den breiteren Spalt eingetreten ist. In dem unteren Bereich der Vorrichtung treffen somit eine verlangsamte Luftströmung und die beschleunigte Luftströmung aufeinander, wodurch sich insbesondere in diesem Bereich eine sehr turbulente Luftströmung ergibt.
Der Verdunster kann parallel zu der Gehäuseoberseite angeordnet sein. Je nach Anwendungsfall kann es aber auch sinnvoll sein, dass auch der Verdunster gegenüber der Gehäuseoberseite in einem Winkel angeordnet ist. Beispielsweise kann der Verdunster derart zu der Gehäuseoberseite angestellt werden, dass der Verdunster insgesamt flacher in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei oberseitig auf den Verdunster geleitetes Rohwasser über den Verdunster weniger schnell nach unten hin abläuft. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Rohwasser für einen längeren Zeitraum auf der Verdunsterfläche verbleibt. Dies kann sich wiederum positiv auf die Verdunstungsleistung hinsichtlich des Rohwassers in dem Gehäuse auswirken.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Verdunster wenigstens ein Tiefziehprofii aufweist. Das Rohwasser wird durch den erfindungsgemäßen Verdunster derart zwangsgeleitet, dass nahezu die gesamte Oberfläche immer feucht gehalten ist, so dass hierdurch bedingt der Verdunstungsprozess sehr effektiv verläuft.
Vorteilhaft ist es, dass durch ein den Verdunster bildendes Tiefzieh profil mittels eines Rahmens und mittels einer gezwungenen Wasserführung verhindert wird, dass das Rohwasser sich mit dem Destillat- oder Süßwasser mischt.
Um die Kosten der Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser niedrig zu halten bzw. zu reduzieren, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung weitere Bauteile aufweist, die aus einem einzigen Tiefziehprofil hergestellt werden können. Vorzugsweise wird dasselbe Tiefziehprofil für die Herstellung verschiedener Bauteile, wie etwa den Wärmetauscher, einen Wärmtauscher der Vorrichtung oder einer Tropfeinrichtung der Vorrichtung verwendet. Die Möglichkeit derartige Bauteile der Vorrichtung aus Tiefziehprofilen herzustellen, zu deren Herstellung nur ein Tiefziehwerkzeug benötigt wird, minimiert nicht nur die Herstellungskosten, sondern vereinfacht auch die Herstellung der Vorrichtung an sich sowie deren Montage und deren Aufbau. Können beispielsweise eine Vielzahl von Bauteilen mit einem Tiefziehverfahren hergestellt werden, ist die Produktion dieser Vorrichtung besonders einfach.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher der Vorrichtung aus wenigstens einem Tiefziehprofil, vorzugsweise aus zwei Tiefziehprofilen, gebildet ist. Auch auf den Wärmetauscher treffen die hinsichtlich des Verdunsters beschriebenen Vorteile zu. Deshalb ist die Vorrichtung mit einem derart ausgebildeten Wärmetauscher auch losgelöst von den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs der Erfindung erfindungswesentlich.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung einen Wärmetauscher aufweist, der aus wenigstens zwei Tiefziehprofilen gebildet ist. Hierzu ist nach der Erfindung vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher aus wenigstens zwei Tiefziehprofilen hergestellt ist, die beispielsweise derart spiegelbildlich aufeinander angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein Hohlraum entsteht, durch den das Rohwasser geleitet werden kann.
Durch die Profilierung des Tiefziehprofils ergibt sich für den Wärmetauscher ebenfalls eine Zwangsführung des Rohwassers, wobei dieses in Zick-Zack-Form von unten nach oben durch den Wärmetauscher geleitet wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Oberfläche mit einer geringen Rauheit der Tiefziehprofile, wobei insbesondere eine Verringerung der Reibungsverluste zwischen der Innenoberfläche des Wärmetauschers und dem Rohwasser eine verbesserte Durchleitung des Rohwassers ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist vorzugsweise auch die Tropfeinrichtung aus einem Tiefziehprofil gebildet ist. Mittels der Tropfeinrichtung wird das Rohwasser auf den Verdunster gebracht. Hierzu erhält die Tropfeinrichtung das Rohwasser beispielsweise über einen Bypass direkt aus dem Wärmetauscher. Erfindungsgemäß ist die Tropfeinrichtung ebenfalls aus den gleichen Tiefziehprofilen hergestellt wie beispielsweise der Verdunster und der Wärmetauscher, so dass sich auch hierdurch eine weitere wesentliche Vereinfachung des Aufbaus der gesamten Vorrichtung ergibt.
Insbesondere durch die erfindungsgemäße Rohwasserzwangsführung hinsichtlich des Verdunsters ist es möglich, dass die Tropfeinrichtung nur noch einen einzigen Auslass aufweist. Beispielsweise befindet sich dieser Auslass an der gegenüberliegenden Seite eines Durchflusses eines ersten Treppensegmentes des Tiefziehprofils. Somit verteilt sich das Rohwasser überwiegend zuerst auf dem oberen Schenkel des Treppensegments.
Um die vorhergehend beschriebenen Vorteile hinsichtlich des Verdunsters, des Wärmetauschers, sowie der Tropfeinrichtung zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Tiefziehprofil wenigstens ein Treppensegment aufweist. Die unterschiedlich ausgebildeten Schenkel beziehen sich hierbei zum einen auf die Schenkellänge des Treppensegments und zum anderen auf die Schenkeltiefe des Treppensegments.
Unter einem Treppensegment versteht man hierbei einen Bereich des Tiefziehprofils, der vorzugsweise aus zwei unterschiedlich ausgebildeten Schenkeln gebildet ist. Es versteht sich, dass ein Bauteil wie etwa ein Wärmetauscher oder ein Verdunster aus einer Vielzahl von aneinander gereihten Treppensegmenten (Tiefziehprofilen) gebildet sein kann.
Um beispielsweise eine Flüssigkeit, welche über ein solches Treppensegment fließt, für eine Vorrichtung zur Süßwassergewinnung günstig zu lenken, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Schenkel eines Treppensegmentes unterschiedlich lang ausgebildet sind.
Um beispielsweise das Verhältnis zwischen einer zur Verdunstung günstig ausgerichteten Oberfläche und dem hierzu benötigten Bauraum, insbesondere dem hierzu benötigten Bauraum in senkrechter Ausrichtung, zu optimieren, ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Schenkel des Treppensegmentes unterschiedlich tief ausgebildet sind. Beispielsweise hat der zur Verdunstung günstig ausgerichtete erste Schenkel eine größere Tiefe als der in etwa senkrecht ausgerichtete zweite Schenkel. Somit kann der erste Schenkel eine größere Oberfläche erhalten als der zweite Schenkel.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass wenigstens ein Schenkel eine Wasserablaufbegrenzung aufweist. Eine solche Wasserablaufbegrenzung sorgt beispielsweise dafür, dass das auf dem Tiefziehprofil entlanglaufende Rohwasser nicht einfach von oben nach unten auf der Oberfläche des Treppensegmentes herunterschießt, sondern zumindest teilweise im Bereich des die Wasserablaufbegrenzung aufweisenden Schenkels zurückgehalten wird. Hierbei kann die Wasserablaufbegrenzung durch eine körperliche Einheit mit dem Tiefziehprofil gebildet sein. Beispielsweise wird die Wasserablaufbegrenzung beim Tiefziehvorgang direkt vorgenommen. Es ist ebenfalls möglich, dass diese Wasserablaufbegrenzung als eigenständiges Bauteil an den Schenkel angebracht wird. Hierbei kann die
Wasserablaufbegrenzung aufgesteckt, geklebt, genietet, geschweißt oder durch eine sonstige Befestigungstechnik an den Schenkel angebracht sein.
Vorzugsweise ist die Wasserablaufbegrenzung in der Nähe des Schenkelrandes angeordnet. Sie kann aber auch beabstandet von dem Schenkelrand angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wasserablaufbegrenzung wenigstens eine Materialausnehmung aufweist. Diese Materialausnehmung befindet sich vorzugsweise an einer der beiden Stirnseiten eines Schenkels. Die Materialausnehmung sorgt dafür, dass das Wasser im Normalfall nicht über die Wasserablaufbegrenzung des Treppensegmentes fließt, sondern an der Wasserablaufbegrenzung lediglich gestaut wird. Bevorzugt fließt das Wasser an der Materialausnehmung der Wasserablaufbegrenzung ab. Vorzugsweise ist die Materialausnehmung als eine Art Überlauf ausgebildet. Sie kann aber beispielsweise auch als Bohrung in die Wasserablaufbegrenzung eingebracht oder als Bohrung in dem Schenkel ausgebildet sein. Nach der Erfindung ist vorgeschlagen, dass wenigstens ein Schenkel einen Durchfluss aufweist, mit welchem das Rohwasser unter anderem zwangsgeführt wird Dieser Durchfluss ist bevorzugt im Bereich einer Stirnseite eines Schenkels angeordnet. Der Durchfluss dient dazu, dass das Wasser von einem Schenkel eines ersten Treppensegmentes zu einem Schenkel eines zweiten Treppensegmentes geleitet wird. Ist der Durchfluss an der jeweiligen gegenüberliegenden Stirnseite eines Treppensegmentes angeordnet, fließt das Wasser einen möglichst langen Weg über den Schenkel. Somit ist eine möglichst große Oberfläche mit Wasser benetzt.
Damit das Tiefziehprofil als Bauteil für einen Verdunster, Wärmetauscher usw. besonders gut genutzt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn das Tiefziehprofil einen Rahmen aufweist. Der Rahmen des Tiefziehprofils bildet insbesondere an den Stirnseiten der Schenkel einen Abschluss, damit beispielsweise nicht das Rohwasser von der Tiefziehoberfläche unkontrolliert entweichen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tiefzieh profil einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, die im Wesentlichen identisch sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass beispielsweise immer nur soviel Rohwasser in das Tiefziehprofil fließen kann, wie auch abgeführt werden kann. Sinnvoll ist hierbei auch, dass der Zulauf kleiner ist als der Ablauf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Oberflächenbeschaffenheit des Tiefziehprofils glatt. Hierbei kann die glatte Oberfläche beispielsweise mittels eines 400- Schleifmittels geschliffen sein. Ebenfalls ist es möglich, die Oberfläche des Tiefzieh profils als No-Drop-Fläche auszuführen. Es versteht sich, dass die Oberfläche des Tiefziehprofils mit einer besonders glatten Beschichtung versehen werden kann, beispielsweise mit einer Lackschicht. Auch kann die Oberfläche derart behandelt sein, dass sie den sogenannten Lotus-Effekt aufweist. Hierbei ist ein Verschmutzen der Oberfläche nahezu ausgeschlossen. Das Tiefziehprofil mit der glatten Oberflächenbeschaffenheit hat den Vorteil, dass sich Schmutzpartikel nicht so schnell an der Oberfläche des Tiefziehprofils anlagern können. Außerdem hat diese Oberfläche den Vorteil, dass die Reibungsverluste hinsichtlich eines mit ihr in Kontakt stehenden Mediums verringert sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tiefziehprofil aus Polypropylen (PP), vorzugsweise aus einem Polypropylen-Derivat, hergestellt ist. Ein Tiefziehprofil aus Polypropylen ist in der Herstellung besonders einfach zu realisieren. Um beispielsweise die Absorption der Sonnenenergie zu erhöhen, kann in das Polypropylen ein Solarlack eingebracht werden und/oder die Oberfläche kann mit Solarlack überzogen werden.
Insbesondere hinsichtlich des Verdunsters ist eine erhöhte Sonnenenergieabsorption vorteilhaft. Es versteht sich, dass nicht nur der Verdunster die vorstehend beschriebenen Materialien aufweisen kann, sondern auch weitere Bauteile der Vorrichtung. Dies betrifft insbesondere alle Bauteile der Vorrichtung, die mittels des erfindungsgemäßen Tiefziehprofils hergestellt sind.
Ebenso lässt sich auch vorsehen, dass die Vorrichtung einen Rohwassersammelbehälter aufweist. Um beispielsweise mehrere hintereinander geschaltete Vorrichtungen gleichmäßig mit Rohwasser zu versorgen, ist es vorteilhaft, wenn vorzugsweise jede Vorrichtung einen Rohwassersammelbehälter aufweist. In einem solchen Rohwassersammelbehälter kann dann ein gewisses Rohwasserreservoir angeordnet werden, so dass jede Vorrichtung durch Rohwasser mit demselben Druck versorgt wird. Gerade bei in Reihe geschalteten Vorrichtungen hat diejenige Vorrichtung am wenigsten Wasserdruck, die am weitesten beabstandet vom Rohwasseranschluss anordnet ist. Beispielsweise wird der Vordruck an der Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser mittels eines integrierten Behälters mit Schwimmerventil konstant gehalten. Vorzugsweise ist der Rohwassersammelbehälter an einer Stelle angeordnet, an der das Rohwasser noch nicht durch den Wärmetauscher der Vorrichtung geflossen ist, so dass schon die Wärmetauscher der etwa hintereinander geschalteten Vorrichtungen ein und dieselbe Rohwassermenge unter gleichen Druckverhältnissen zugeführt bekommen. Es ist auch möglich, den Rohwasserbehälter mit einem Bypass zu verbinden, der beispielsweise zwischen dem Wärmetauscher und der Tropfeinrichtung angeordnet ist.
Je nach Ausführungsform kann der Rohwassersammelbehälter auch extern angeordnet, also nicht unmittelbar an der Vorrichtung befestigt sein.
Anstelle eines Rohwassersammelbehälters kann die Vorrichtung außerhalb des Gehäuses wenigstens eine Rinne umfassen. Mittels der Rinne ist ebenfalls gewährleistet, dass an jeder Vorrichtung, insbesondere an jeder in Reihe geschalteten Vorrichtung, das Rohwasser nahezu denselben Druck aufweist bzw. ein konstantes Volumen an Rohwasser zur Verfügung steht.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Rohwassersammelbehälter wenigstens ein Druckventil umfasst. Unter einem Druckventil wird im Sinne der Erfindung jede Einrichtung verstanden, die in der Lage ist, den Rohwasserdruck zumindest unmittelbar vor der Vorrichtung konstant zu halten und/oder in der Nähe eines voreingestellten Wertes zu halten. Dies ist insbesondere bei einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Vorrichtungen vorteilhaft. Das Druckventil kann beispielsweise, wie vorhergehend schon erwähnt, als Schwimmerventil in oder an dem Rohwassersammelbehälter angeordnet sein. Das Druckventil sorgt dafür, dass alle Vorrichtungen mit der gleichen Rohwassermenge, insbesondere mit dem gleichen Rohwasserdruck, versorgt werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung wenigstens einen Durchfiussregler aufweist. Beispielsweise sind zwei Durchflussregler im Bypass zwischen dem Wärmetauscher und der Tropfeinrichtung angeordnet. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Rohwassermenge zwischen der Tropfeinrichtung und dem Bypass zu verteilen. Beispielsweise wird die Verteilung des Rohwassers mit einem Verschluss- und einem Rückflussverhinderer derart eingestellt, dass vorzugsweise 20% des Rohwassers in die Tropfeinrichtung fließen und 80% in einen Auffangbereich für Rohwasser der Vorrichtung fließen. Je nach Aufstellort bzw. nach Sonneneinstrahlung kann dieses Verhältnis variieren. Der besondere Vorteil der Durchflussregler besteht darin, dass hierdurch nahezu immer gewährleistet ist, dass die Vorrichtung nicht durch einen zu großen Rohwasserdurchsatz auskühlt oder nicht durch einen zu geringen Durchsatz von Rohwasser überhitzt. Es versteht sich, dass das Merkmal hinsichtlich des Durchflussreglers auch unabhängig von den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches erfindungswesentlich ist, da mit einem Durchflussregler die Betriebssicherheit einer Vorrichtung zur Süßwassergewinnung wesentlich erhöht wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung an der Innenseite der Gehäuseoberseite eine Kondensatsammeieinrichtung aufweist. Insbesondere bei einem Fremdbeheizen der Vorrichtung ist die Kondensation von Wasser in der Vorrichtung derart hoch, dass sich auch Kondensat insbesondere an der lichtdurchlässigen, kühlen Gehäuseoberseite bildet.
Beispielsweise kann dieses Scheibenkondensat auch mit einer Gummilippe aufgefangen werden und in einen Reinwassersammler abgeführt werden. Hierzu ist die Gummilippe vorzugsweise in einem unteren Bereich der Gehäuseoberseite angeordnet, wobei das abzuführende Kondensat seitlich in einen Kanal der Vorrichtung abgeleitet werden kann.
Gemäß der Erfindung lässt sich auch vorsehen, dass die Vorrichtung gasdicht verschlossen ist. Um beispielsweise den Innenraum der Vorrichtung nahezu immer feucht zu halten, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung gasdicht abzuriegeln. Hierdurch wird insbesondere die Entstehung von Salzkristallen, welche sich nur schwer wieder auflösen, verhindert. Bei Unterschreiten eines gewissen Feuchtegehalts innerhalb der Vorrichtung kann das Salz kristallisieren und somit die Vorrichtung im Inneren verstopfen.
Ein weiterer Vorteil, welcher sich aus einer gasdicht verschlossenen Vorrichtung ergibt, ist, dass die Gefahr verringert ist, dass Ungeziefer oder Staub bzw. Sand in den Innenraum der Vorrichtung eindringt. Bei einer gasdicht abgeschlossenen Vorrichtung ist es nahezu unmöglich, dass beispielsweise Käfer in die Vorrichtung eindringen und dort verenden und dabei eventuell die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung nachhaltig beeinträchtigen können.
Außerdem besteht bei einer derartig verschlossenen Vorrichtung die Möglichkeit, in der Vorrichtung einen gewissen Unterdruck zu erzeugen, um die Verdunstung und damit den Ertrag der Vorrichtung zu erhöhen. Der Unterdruck kann hierbei beispielsweise durch eine Wassersäule in einem Ablauf der Vorrichtung erzeugt werden.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden in einem Ausführungsbeispiel anhand der nachfolgenden Zeichnungen beschrieben, in welcher beispielhaft eine Vorrichtung zur Süßwassergewinnung beschrieben ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser im Längsschnitt entlang einer Schnittachse II - II aus Fig. 2,
Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht und aufgeschnitten, einschließlich eines Gehäusedeckels mit einer Palmstruktur auf seiner Unterseite,
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ohne den Gehäusedeckel und
Fig. 4 die Struktur einer mäandrierende Rinne von der Unterseite eines Verdampfers der Vorrichtung.
Eine Vorrichtung 1 (Fig. 1 bis 3) umfasst ein Gehäuse 2, das seinerseits einen Gehäuseboden 3 und eine Mehrzahl von Gehäusewänden 4, 5, 6 aufweist. Die Gehäusewände 4 und 5 sowie (nicht dargestellte) Seitenwände weisen auf ihrer Innenseite jeweils Stufen 7, 70, 71 , 72, 73, 74, 75 auf, die zur Auflage von Elementen 8, 9 eines Wärmetauschers 10 sowie weiterer, im Inneren der Vorrichtung 1 angeordneter Bauelemente dienen. Die Gehäusewand 5 ist gegenüber der Horizontalen unter einem spitzen oder stumpfen Winkel geneigt, um vorzugsweise die Vorrichtung optimal an den Stand der Sonne anzupassen, so dass eine maximale Ausnutzung der Sonneneinstrahlung erzielt wird. Dieser Winkel ist der Anstellwinkel.
Die Elemente 8, 9 sind ihrerseits unter einem spitzen Winkel gegenüber der Gehäusewand 5, d. h. dem Gehäuseboden, geneigt, beispielsweise unter einem Winkel von 30°. Diese geneigte Einstellung der Elemente 8, 9 dient dazu, das Ablaufen von Kondensat, das sich auf den Oberflächen der Elemente 8, 9 bildet, durch die Ausnutzung der Schwerkraft zu erleichtern.
Die Elemente 8, 9 sind im Wesentlichen flächenförmig ausgebildet, derart, dass zwischen der oberen Kante 82 des Elements 8 und der unteren Kante 91 des Elements 9 ein offener Bereich ist, durch den Luft strömt. Durch diese Luftströmung, die bevorzugt turbulent ist, wird der Vorgang des Wärmetausches gefördert. Die Elemente 8, 9 sind zueinander schuppen- oder ziegeiförmig angeordnet; in jedem Fall sind sie so angeordnet, dass ein Luftzug jeweils zwischen zwei Elementen hindurchstreichen kann. Es versteht sich, dass außer den beiden hier dargestellten Elementen 8, 9 eine Vielzahl von Elementen vorgesehen sein kann, beispielsweise zehn Elemente. Die Elemente 8, 9 bilden somit den Wärmetauscher 10 aus, der im Wesentlichen plattenförmig erscheint, jedoch durch die offenen Bereiche zwischen einer oberen Kante eines ersten Elements und der benachbarten unteren Kante eines zweiten Elements, die in Fließrichtung des Wassers hintereinander liegen, jeweils schlitzförmige Unterbrechungen aufweist.
Auf ihrer Oberseite wird die Vorrichtung 1 durch einen lichtdurchlässigen Gehäusedeckel 1 1 abgedeckt. Dieser weist auf seiner Unterseite eine Struktur, insbesondere eine palmenförmige Struktur, d. h. eine Palmbaum- oder Palmwedelstruktur 12, auf, die das Ablaufen kondensierter Süßwassertröpfchen fördert. Zwischen den Elementen 8, 9 einerseits und dem Gehäusedeckel 1 1 andererseits ist ein Verdunster 13 angeordnet, der auf seiner Oberseite wenigstens eine mäanderförmig gewundene Rinne 14 (Fig. 4) aufweist, aus der heraus Süßwasser verdunstet und beispielsweise an der Unterseite des Gehäusedeckels 1 1 kondensiert.
Die Vorrichtung steht über einen Zulauf oder Rohwassereinlass 15 in Verbindung mit einem (nicht dargestellten) Rohwasserreservoir. Über den Einlass 15 wird Rohwasser der Reihe nach von unten nach oben durch die Elemente 8, 9 hindurchgeleitet, die hierzu in ihrem Inneren jeweils eine beispielsweise mäanderförmig oder zick-zack-förmig gewundene Röhre aufweisen. Hierbei ist die Röhre des Elements 8 an die Röhre des Elements 9 über einen Schlauch 16 angeschlossen, so dass die Elemente 8, 9 durch den Schlauch 16 miteinander verbunden sind. An der Oberseite des Elements 9 tritt das Rohwasser über einen Schlauch 17 in eine Tropfeinrichtung 18 ein. Aus der Tropfeinrichtung 18 tritt das Rohwasser über einen Schlauch 19 auf die Rinne 14 des Verdunsters 13 auf. Dabei ist ein an der Tropfeinrichtung 18 angebrachter Auslass 20 für den Schlauch 19 oberhalb eines Einlasses 21 für den Schlauch 17 angebracht, so dass das Rohwasser entgegen der Schwerkraft in der Tropfeinrichtung 18 aufsteigen muss. Dadurch wird verhindert, dass sich in der Tropfeinrichtung 18 Luftbläschen festsetzen, die den Fluss des Rohwassers behindern. Anstelle eines Auslasses 20 und eines Schlauchs 19 kann auch auf der Unterseite der Tropfeinrichtung 18 eine Mäanderstruktur vorgesehen werden, die der Mäanderstruktur der Rinne 14 vergleichbar ist.
Ferner weist die Vorrichtung 1 einen Süßwasserauslass 22 für das kondensierte Süßwasser und einen Restwasserauslass 23 für übriggebliebene, einen erhöhten Salz- und Verunreinigungsgehalt aufweisende Restwasser auf. Die beiden Auslasse 22, 23 sind durch eine zwischen dem Boden 3 und der Seitenwand 5 angebrachte Stufe 24 voneinander getrennt.
Ein Stufensystem mit in schiefen Ebenen 70, 72 oder Stufen 71 (Fig. 2, 3) eingelassenen Vertiefungen 25 gestattet die Auflage der Elemente 8, 9 des Wärmetauschers 10. Die Innenseite der Gehäusewand 5 ist zur Mitte nach unten geneigt, um das Sammeln des Restwassers zu ermöglichen.
Die Seitenwände 4, 6 erweitern sich nach außen vorzugsweise stufig mit Absätzen 26 und sind zudem leicht konisch angeordnet, um leicht ineinander gestapelt werden zu können (Fig. 2, 3).
Die Rinne 14 (Fig. 4) ist an den Stellen, an denen der Wasserfluss umgelenkt wird, mit Turbulenzen erzeugenden Vorsprüngen oder Hindernissen 27 ausgestattet. Der Verdunster 13 ist vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet. Über einen Aufnahme 28 nimmt sie aus der Tropfeinrichtung 18 heraustropfende Tropfen von dem Schlauch 19 auf. An einem Auslass 29 gibt sie das nicht verdunstete Restwasser ab, so dass es aus dem Restwasserauslass 23 herausfließen kann.
Der Gehäusedeckel 1 1 hat an auf der Unterseite seiner umlaufenden Außenkante 30. einen Falz 31 , der entweder auf einer glatten Oberkante der Gehäusewände 4, 6 aufliegt oder seinerseits von einem Falz oder einer Vertiefung oder einer Fase auf der Oberkante der Gehäusewände 4, 6 aufgenommen wird. Alternativ sind andere Ausgestaltungen realisierbar, die dazu dienen zu verhindern, dass der Deckel 1 durch den Wind weggetragen wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Gewinnung von Süßwasser mit einem Gehäuse (2), umfassend:
einen zur Sonne hin ausrichtbaren lichtdurchlässigen Gehäusedeckel (1 1 ), einen Gehäuseboden (3) und Gehäusewände (2, 4, 5, 6),
einen Süßwasserauslass (22),
einen Rohwassereinlass (15),
einen Restwasserauslass (23),
einen Wärmetauscher (10),
eine Tropfeinrichtung (18), der durch eine Einlassöffnung (21) über den Wärmetauscher (10) Rohwasser aus dem Rohwassereinlass (15) zuführbar ist,
einen Verdunster (13), der oberhalb des Wärmetauschers (10) angeordnet ist und der eingangsseitig mit einer Auslassöffnung (20) der Tropfeinrichtung (18) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (10) aus wenigstens zwei Elementen (8, 9) ausgebildet ist, die stufenförmig zueinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tropfeinrichtung (18) geneigt angeordnet ist und dass die Einlassöffnung (21 ) unterhalb der Auslassöffnung (20) angebracht ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdunster (13) und die Elemente (8, 9) des Wärmetauschers (10) auf ihren Oberflächen Strukturen aufweisen, die die Turbulenz einer Süßwasserpartikel enthaltenden Gasströmung begünstigen.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdunster (13) stufenförmig aufgebaut ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdunster (13) Mittel zum Aufstauen oder zum Vermindern der Strömungsgeschwindigkeit des ablaufenden Wassers, insbesondere Staudämme, aufweist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdunster (13) oder die Elemente (8, 9) des Wärmetauschers (10) Mittel zur Erhöhung der Turbulenz in der Gasströmung aufweist bzw. aufweisen.
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Abstände der Elemente (8, 9) des Wärmetauschers (10) gegenüber dem Verdunster (13) zu einem im unteren Bereich des Gehäuses (2) befindlichen Süßwasserauslass (22) vergrößern.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Abstände der Elemente (8, 9) des ' Wärmetauschers (10) gegenüber einem Gehäuseboden (3) zu einem im unteren Bereich des Gehäuses (2) befindlichen Süßwasserauslass (22) verjüngen.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gehäuseboden (3) und die Gehäusewände (4, 5, 6) einteilig und stapelbar ausgebildet sind.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gehäusewände (4, 6) auf ihren Innenseiten stufenförmige Strukturen (7, 70, 71 , 72, 73, 74, 75; 25) zur Lagerung der Elemente (8, 9) des Wärmetauschers (10) aufnehmen.
1 1. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine mäandrierende Rinne (14) auf der Oberseite des Verdunsters (13) für den Abiauf des Restwassers vorhanden ist.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Turbulenzerzeuger an oder in der wenigstens einen Rinne (14) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Unterseite des Gehäusedeckels (1 1) eine Struktur (12), insbesondere eine Rinnenstruktur oder eine palmenförmige Struktur, zum Sammeln und Abfließen des Süßwassers vorhanden ist.
14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Struktur (12) an ihrem unteren Ende mit einem Austritt oder mit einem Schlauch zum Herausfließen des Süßwassers durch den Gehäusedeckel (1 1 ) hindurch nach außen in Verbindung steht.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewände (4, 6) auf ihrer Oberseite jeweils wenigstens einen Falz zur Aufnahme eines insbesondere umlaufenden Vorsprungs oder eines Falzes (30) auf der Unterseite des Gehäusedeckels (1 1 ) aufweisen oder dass ein umlaufender Vorsprung oder Falz (30) auf der Unterseite des Gehäusedeckels (1 1) auf einer glatten Oberfläche der Gehäusewände (4, 6) aufliegt.
16. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens zwei Elemente (8, 9) im Wesentlichen flächenförmig ausgebildet, derart, dass zwischen einer oberen Kante (82) des wenigstens ersten Elements (8) und der unteren Kante (91) des wenigstens zweiten Elements (9) ein offener Bereich ist, durch den Luft strömt.
17. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens zwei Elemente (8, 9) schuppen- oder ziegeiförmig derart angeordnet sind, dass ein Luftzug jeweils zwischen zwei Elementen (8, 9) hindurchstreicht.
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