WO2021018331A1 - Aufheizmittel zur erhöhung der verdunstungsrate von wasser für thermische und solare wasser-verdampfer - Google Patents

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WO2021018331A1
WO2021018331A1 PCT/DE2020/000169 DE2020000169W WO2021018331A1 WO 2021018331 A1 WO2021018331 A1 WO 2021018331A1 DE 2020000169 W DE2020000169 W DE 2020000169W WO 2021018331 A1 WO2021018331 A1 WO 2021018331A1
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heating means
absorbing
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evaporation
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Harald Hansmann
Jürgen Renner
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Hochschule Wismar
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
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    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Definitions

  • the invention relates to a heating means for increasing evaporation rates of water for thermal and solar water evaporators, in particular for
  • the particles of liquid substances Due to the heat movement, the particles of liquid substances, including water, have different speeds according to the Maxwell-Boltzmamn distribution and thus different kinetic energy.
  • the liquid-gas phase interface has a higher energy than that of the
  • Evaporation capacities are known that are based on an increase in temperature of the liquids to be evaporated, on an increased air flow for transporting the air laden with water vapor from the evaporation surface and on an enlarged evaporation surface and on systems of a vacuum.
  • DE 16 42 530 A discloses a device for obtaining fresh water from salt water, in which a stream of air is passed along a tubular film, the air being heated in a first part and a condensation on the air hose in a second part to collect the fresh water to be held.
  • the air can be moved by means of fans, with the introduction
  • the device can only be set up in an environment with sea water.
  • DE 10 2011 121 540 A1 discloses a heating aid with which the solar thermal radiation is used more effectively for accelerated heating and evaporation of the liquid to be heated, which is mechanically and thermally stable and resistant to the liquid to be heated and does not cause any contamination of the liquid.
  • fine-grained solid and porous coke is used as a heating aid, with the liquid to be heated filling the coke bed with little protrusion.
  • the coke is a beneficial one
  • Heating aid because it absorbs the heat radiation as best as possible due to its black color and the reflection of the heat radiation is low due to its diffuse surface.
  • the coke quickly releases the heat it has absorbed into the surrounding liquid due to its thermal conductivity.
  • This invention has the disadvantage that the finely divided, solid and porous coke has a very abrasive effect when it is transported through the plant and causes high wear.
  • WO 2011/124870 A1 a seawater desalination plant is described, a solar pipeline taking water from the sea and pumping it inland. The sea water is converted into fresh water using solar energy. The rate of evaporation is determined by the use of a vacuum in the
  • a shallow desalination center further increases freshwater emissions by preheating the seawater before it is pumped into a vacuum. This causes the sea water to evaporate. Urine can also be used when there is no access to the sea.
  • WO 2004/067451 A1 discloses a device for cleaning water, in particular for desalination of salt water, with an evaporator for the water to be cleaned and with a condenser downstream of the evaporator for the water vapor, the evaporator having at least one circumferential textile carrier web for has the water to be evaporated.
  • Condenser are in a circuit for an air flow serving as a carrier for the water vapor, that the circulating carrier web between deflection rollers
  • the textile carrier web has a surface structure, for example knobs, around the
  • the invention according to DE 19 621 042 A1 relates to a system for desalination of sea or sea water, which is operated exclusively using solar energy for evaporation and recondensation of salty water, with at least one being arranged on or within a floating body
  • water vapor-saturated air is arranged with a fan located above it, which is guided through the floors of the evaporator chamber or the float. This is followed by a condenser cooled with seawater
  • Evaporator chamber return lines for the water vapor-free air the condenser is followed by a collecting device for the desalinated water, which comprises devices which convey the desalinated water into a container arranged above the water level.
  • Evaporator space or the float is still a than
  • Heat exchanger unit trained combined device for supply and discharge of salty water out.
  • the evaporator room there is a device for discharging water vapor-saturated air with a fan located above it, which is guided through the floors of the evaporator chamber and the float, and to which a seawater-cooled condenser with lines for the water-vapor-free air that recirculates into the evaporator chamber is connected, the condenser a collecting device for the desalinated water is connected downstream, which is conveyed with the help of a solar-powered pump into a container 10 arranged above the water level.
  • Seawater desalination is the evaporation with subsequent recondensation of seawater using solar energy alone.
  • the air that is supposed to absorb the sea water to be evaporated is natural
  • US Pat. No. 5,053,110 A describes a solar-powered device for purifying and / or desalinating water. Several embodiments are disclosed, each of which essentially derives its heat source from solar energy. The device has a unique design of the
  • Evaporation collection hood which is provided with a smooth inner surface to allow the collection of increased amounts of distillate.
  • the exterior of the device has a black surface to act as a black body and so absorb increased amounts of solar energy.
  • the same exterior is coated with a film of infrared absorbing material (STET) to further increase the absorption of solar energy.
  • STT infrared absorbing material
  • various external pipe designs are used to preheat the load before it enters the vaporization chamber.
  • the distillate receiver is a downwardly extending dome. This increases the volume while reducing re-evaporation by minimizing the exposed surface.
  • the arrangement of the device on a hill or other elevated topography also enables a further increase in the overall system efficiency in that the distillate is forced by gravity through a turbine / generator for the joint generation of electricity.
  • Condensation from salt or brackish water can be carried out on a large area with simple means.
  • an inclined film is arranged above the evaporator surface, on which water can condense on the side facing the evaporator surface and can be derived from the inclined film via a drain to a collecting device is.
  • a film for condensation which can be produced inexpensively and which can also be installed over large evaporator surfaces, can therefore be used in the space.
  • condensation water can be collected with simple means, whereby both the use of material is low and complex devices such as fans can be dispensed with.
  • Evaporation capacities are known that are based on an increase in temperature of the liquids to be evaporated, on an increased air flow to remove the air laden with water vapor from the evaporation surface and on an enlarged evaporation surface and on the application of a vacuum.
  • all of these solutions require an increased outlay in terms of apparatus with the associated increased costs.
  • heating means When using heating means to increase the evaporation rates, only finely divided coke and charcoal are known from the prior art as heating means. When used in seawater desalination plants in particular, this finely divided coke shows high abrasive properties, which lead to premature wear of the plants.
  • the object of the invention is to develop heating aids to increase the evaporation rates for solar evaporators in devices for the evaporation and condensation of water, in particular for obtaining drinking water from seawater, the heating means being mechanically and thermally stable and resistant to the liquid to be heated and no contamination causing the liquid.
  • the object is achieved in that for the accelerated heating and evaporation of the liquid to be evaporated by solar
  • Heat radiation as a heating aid gel-like substances in which energy-absorbing, in particular sunlight-absorbing, IR-active substances are introduced, or porous substances with a high internal micro- and macroporosity combined with a high capillary effect that are in direct contact with the evaporation surfaces and are overflowed by the liquid to be heated.
  • chemically crosslinked gelatin with a foam structure and incorporated IR absorbers, in particular proteins with graphite incorporated into the protein structure are used as the gel-like substance.
  • the porous substances have a high internal micro- and macro-porosity and due to the small gap volume in the bed, the stored liquid is divided into small water segments and in this way the
  • Heat transfer from the porous substance to the liquid is greatly accelerated and rapid heating of the small water segments is achieved.
  • FIG. 1 being a schematic representation of an evaporation device according to FIG. 1
  • a closed space which has an evaporator surface 12, to which a water-containing liquid can be introduced via an inlet 6, which flows over the at least partially sloping terrace-shaped evaporator surface 12 and can then be derived from the room via a drain 7.
  • An inclined film 4 is arranged on the evaporator surface 12, on which water can condense on the side facing the evaporator surface 12 and can be diverted from the inclined film 4 via a drain 6 to a collecting device. Furthermore, a plurality of terraced basins 3 are formed on the evaporator surface 12, which are arranged offset in height. On the surface of the basin 3 of the evaporator surface 12 are nets 9 within
  • Heating aids in the form of gel-like substances, such as gelatin, are placed in the energy-absorbing, in particular sunlight-absorbing, IR-active substances, such as graphite.
  • An upper basin 3 is each over an overflow 8, in particular one
  • Overflow bar connected to a lower basin 3. This overflow 8 also serves to secure the networks 9 with the heating means on the
  • the water-containing liquid in particular salt or brackish water
  • the heating means over the full area possible.
  • the liquid is partially evaporated or evaporated.
  • water-enriched air with high humidity is formed in the room. This also increases the temperature inside the room. This allows the
  • porous substances with a high internal micro- and macroporosity combined with a high capillary effect, such as mesoporous silica, are placed on the basins 4 , applied in a polydisperse bed and overflowed by the liquid to be heated, heated and partially evaporated or evaporated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aufheizmittel zur Erhöhung von Verdunstungsraten von Wasser für thermische und solare Wasser- Verdampfer, insbesondere für Meerwasserentsalzungsanlagen, wobei für die beschleunigte Aufheizung und Verdunstung der zu verdampfenden Flüssigkeit durch solare Wärmeeinstrahlung als Aufheizhilfsmittel gelartige Substanzen, in die Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen eingebracht sind, sowie poröse Substanzen mit einer hohen inneren Mikro- und Makroporosität verbunden mit einer hohen Kapillarwirkung verwendet werden, die in direktem Kontakt mit den Verdampfungsflächen stehen und von der aufzuheizenden Flüssigkeit überströmt werden.

Description

Aufheizmittel zur Erhöhung der Verdunstungsrate von Wasser für thermische und solare Wasser- Verdampfer
Die Erfindung betrifft ein Aufheizmittel zur Erhöhung von Verdunstungsraten von Wasser für thermische und solare Wasser- Verdampfer, insbesondere für
Meerwasserentsalzungsanlagen.
Infolge der Wärmebewegung besitzen die Teilchen flüssiger Stoffe, auch Wasser nach der Maxwell-Boltzmamn- Verteilung unterschiedliche Geschwindigkeiten und somit eine unterschiedliche kinetische Energie. Die Teilchen, die an einer
Phasengrenzfläche flüssig-gasförmig eine höhere Energie als die der
Bindungsenergie zum umgebenden Stoff aufweisen, können die Phasengrenze überwinden und den Stoffverband in den Gasraum verlassen. Ihr Anteil wächst mit steigender Temperatur und ist Ursache für den zunehmenden Dampfdruck des jeweiligen Stoffs. Neben dem Übertritt in die Gasphase, gelangen Teilchen mit geringerer kinetischer Energie aus der Gasphase in die kondensierte Phase zurück, so dass sich beim Dampfdruck ein dynamisches Gleichgewicht ausbildet. Das heißt, die Dampfdruckdifferenz zwischen flüssiger und gasförmiger Phase bestimmt die auftretende Nettoverdunstung. Der Dampfdruck steigt mit wachsender Temperatur. Somit bewirkt eine Temperaturerhöhung der Flüssigkeit eine erhöhte Verdunstung. Neben der Temperatur ist die Verdunstung von den Strömungsverhältnissen in der flüssigen und in der gasförmigen Phase abhängig. Die Bewegung der Luft ist für den Abtransport der durch den Verdunstungsprozess mit Feuchtigkeit angereicherten Luft verantwortlich. Der Abtransport erhöht den Dampfdruckgradienten über der
Flüssigkeitsoberfläche und fördert damit den Verdunstungsvorgang.
Demzufolge sind aus dem Stand der Technik Lösungen zur Erhöhung der
Verdunstungsleistungen bekannt, die auf einer Temperaturerhöhung der zu verdunstenden Flüssigkeiten, auf einem erhöhten Luftstrom zum Abtransport der mit Wasserdampf beladenen Luft von der Verdunstungsoberfläche sowie auf einer vergrößerten Verdunstungsfläche und auf Anlagen eines Vakuums beruhen.
In der DE 10 2012 014 560 A1 wird eine substanzielle Erhöhung der bei der
Entsalzung von Meerwasser in Gewächshäusern gewonnenen Wassermenge ww durch Akkumulation von Wasserdampf in der Luft erzielt. Die innerhalb von
Bestätigungskopie Gewächshäusern aufgewärmte Luft wird nach einem erprobten mehrstufigen
Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser stark befeuchtet. Bei diesem Verfahren wird ein Luftstrom durch kaskadenartige Beladung mit Wasserdampf auf hohen einen Feuchtigkeitsgehalt gebracht und am Ende der Kaskade in einem Kondensator abgekühlt, um das salzfreie Wasser zurück zu gewinnen
Die DE 16 42 530 A offenbart eine Vorrichtung zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser, bei der ein Luftstrom entlang einer schlauchförmigen Folie durchgeleitet wird, wobei sich die Luft in einem ersten Teil erwärmt und in einem zweiten Teil an dem Luftschlauch eine Kondensation zum Sammeln des Süßwassers stattfinden soll. Die Luft kann dabei mittels Lüftern bewegt werden, wobei das Einbringen
mechanischer Energie zum Bewegen der Luft und des Meerwassers aufwändig ist. Zudem kann die Vorrichtung nur in einer Umgebung mit Meerwasser aufgestellt werden.
Die DE 10 2011 121 540 A1 offenbart ein Aufheizhilfsmittels, mit dem die solare Wärmestrahlung effektiver zur beschleunigten Aufheizung und Verdunstung der zu erhitzenden Flüssigkeit ausgenutzt wird, das mechanisch und thermisch stabil, sowie resistent gegenüber der zu erhitzenden Flüssigkeit ist und keine Kontamination der Flüssigkeit verursacht. Für die beschleunigte Aufheizung und Verdunstung der Flüssigkeit durch solare Wärmeeinstrahlung wird feinkörniger fester und poröser Koks als Aufheizhilfsmittel verwendet, wobei die aufzuheizende Flüssigkeit die Koksschüttung wenig überstehend ausfüllt. Der Koks ist ein vorteilhaftes
Aufheizhilfsmittel, weil er durch seine schwarze Farbe die Wärmeeinstrahlung bestmöglich absorbiert und die Reflexion der Wärmestrahlung durch seine diffuse Oberfläche gering ist. Außerdem gibt der Koks die aufgenommene Wärme durch seine Wärmeleitfähigkeit schnell an die umgebende Flüssigkeit ab. Diese beiden Eigenschaften der starken Wärmeabsorption und der schnellen Wärmeleitung in die umgebende Flüssigkeit sind dann optimal wirksam, wenn ein feinkörniger und polydisperser Koks mit hoher innerer Porosität verwendet wird. Des Weiteren ist nur staubfreier Koks als Aufheizhilfsmittel geeignet. Für die Verwendung von Koks als Aufheizhilfsmittel sind Kokskörnungen von etwa 0,1 mm bis 10 mm und
vorzugsweise 0,2 mm bis 2 mm geeignet. Diese polydisperse Korngrößenverteilung ist für eine hohe Packungsdichte der Koksschüttung erforderlich, weil so die Lückenvolumina zwischen größeren Körnern bestmöglich durch kleinere Kokskörner ausgefüllt werden.
Diese Erfindung hat den Nachteil, dass der feinteilige feste und poröser Koks beim Transport durch die Anlage sehr abrasiv wirkt und einen hohen Verschleiß erzeugt.
In der WO 2011/124870 A1 wird eine Meerwasserentsalzungsanlage beschrieben, wobei eine Solarpipeline Wasser aus dem Meer entnimmt und es ins Landesinnere pumpt. Das Meerwasser wird mit Sonnenenergie in Süßwasser umgewandelt. Die Verdampfungsrate wird durch die Verwendung eines Vakuums in den
angeschlossenen Solarbädern erhöht. Ein Flach-Entsalzungszentrum erhöht den Frischwasserausstoß weiter, indem das Meerwasser vorgewärmt wird, bevor es in ein Vakuum gepumpt wird. Dadurch verdampft das Meerwasser. Urin kann auch verwendet werden, wenn kein Zugang zum Meer besteht.
In der WO 2004/067451 A1 wird eine Vorrichtung zum Reinigen von Wasser, insbesondere zum Entsalzen von Salzwasser, mit einem Verdampfer für das zu reinigende Wasser und mit einem dem Verdampfer nachgeordneten Kondensator für den Wasserdampf offenbart, wobei der Verdampfer zumindest eine umlaufende textile Trägerbahn für das zu verdampfende Wasser aufweist. Um vorteilhafte
Verhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Verdampfer und der
Kondensator in einem Kreislauf für einen als Träger für den Wasserdampf dienenden Luftstrom liegen, dass die umlaufende Trägerbahn zwischen Umlenkrollen
mäanderförmig hin- und hergeführt ist und dass die Umlenkrollen für die textile Trägerbahn, in Strömungsrichtung des Luftstroms verlaufen. Die textile Trägerbahn weist eine Oberflächenstruktur auf, beispielsweise Noppen, um die
Verdampfungsoberfläche und damit die Wasserdampferzeugung noch weiter zu vergrößern bzw. zu erhöhen. Auch sind Oberflächenstrukturen mit Kapillarwirkung denkbar, um so das von der Trägerbahn aufgesogene Wasser zur besseren
Verdunstung auf die Außenseiten der Trägerbahn zu fördern.
Die Erfindung gemäß DE 19 621 042 A1 betrifft eine Anlage zur Entsalzung von See- bzw. Meerwasser, welche ausschließlich unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation von salzhaltigem Wasser betrieben wird, wobei diese mindestens einen auf, oder innerhalb eines Schwimmkörpers angeordneten Verdampferraum umfasst, der mit einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe abgedeckt ist und im Verdampferraum eine Einrichtung zur Ableitung
wasserdampfgesättigter Luft mit darüber befindlichem Ventilator angeordnet ist, die durch die Böden des Verdampferraumes bzw. des Schwimmkörpers geführt ist. Daran schließt sich ein mit Meerwasser gekühlter Kondensator mit in den
Verdampferraum rückführenden Leitungen für die wasserdampffreie Luft an, wobei dem Kondensator eine Sammelvorrichtung für das entsalzte Wasser nachgeschaltet ist, die Einrichtungen umfasst, welche das entsalzte Wasser in einen über den ° Wasserspiegel angeordneten Behälter fördern. Durch den Boden des
Verdampferraumes bzw. des Schwimmkörpers ist weiterhin eine als
Wärmetauschereinheit ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser geführt. Im Verdampferraum ist eine Einrichtung zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft mit darüber befindlichem Ventilator angeordnet, die durch die Böden des Verdampferraumes und des Schwimmkörpers geführt ist, und woran sich ein mit Meerwasser gekühlter Kondensator mit in den Verdampferraum rückführenden Leitungen für die wasserdampffreie Luft anschließt, wobei dem Kondensator eine Sammelvorrichtung für das entsalzte Wasser nachgeschaltet ist, welches mit Hilfe einer solarangetriebene Pumpe in einen über den Wasserspiegel angeordneten Behälter 10 gefördert wird.
Auch bei der in der DE 31 19 615 A1 vorgeschlagenen Lösung zur
Meerwasserentsalzung erfolgt die Verdunstung mit anschließender Rekondensation von Meerwasser allein unter Ausnutzung von Sonnenenergie. Hierbei wird die Luft, die das zu verdunstende Meerwasser aufnehmen soll, durch eine natürliche
Kaminzugwirkung zwischen Wasseroberfläche und einer als Abdeckung dienenden Folie durchgezogen. Die erwärmte und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft wird anschließend an Oberflächen, die sich unterhalb des Wasserspiegels befinden, gekühlt, wobei sich das Kondensat hier niederschlägt und in ein mit dem Festland rohrleitungsmäßig verbundenes Sammelbecken abläuft, bevor die Luft in einem Kamin nach außen abgeleitet wird. Antreibend für die Luftströmung ist die
kontinuierliche Erwärmung entlang des inneren Kamins, bedingt durch die
Temperaturdifferenz zwischen dem tieferen Meerwasser und dem durch
Sonneneinstrahlung beheizten oberen Teil des Kamins, jedoch nur solange das Temperaturniveau insgesamt im Kamin höher als in der Umgebung ist. In der US 5.053.110 A wird eine solarbetriebene Vorrichtung zum Reinigen und / oder Entsalzen von Wasser beschrieben. Es sind mehrere Ausführungsformen offenbart, von denen jede im Wesentlichen ihre Wärmequelle aus Sonnenenergie bezieht. Die Vorrichtung weist ein einzigartiges Design der
Verdampfungssammelhaube auf, die mit einer glatten Innenfläche versehen ist, um das Sammeln erhöhter Destillatmengen zu ermöglichen. Das Geräteäußere ist mit einer schwarzen Oberfläche versehen, um als schwarzer Körper zu dienen und so erhöhte Mengen der Sonnenenergie zu absorbieren. Darüber hinaus ist dasselbe Äußere mit einem Film aus infrarotabsorbierendem Material (STET) beschichtet, um die Absorption von Sonnenenergie weiter zu erhöhen. Um die Effizienz des Systems weiter zu verbessern, werden verschiedene externe Rohrkonstruktionen verwendet, um die Ladung vor ihrem Eintritt in die Verdampfungskammer vorzuwärmen. Das Destillatsammelgefäß ist eine sich nach unten erstreckende Kuppel. Dies erhöht das Volumen und reduziert gleichzeitig die erneute Verdunstung, indem die freiliegende Oberfläche minimiert wird. Die Anordnung der Vorrichtung an einem Hügel oder einer anderen erhöhten Topographie ermöglicht darüber hinaus eine weitere Steigerung des Gesamtsystemwirkungsgrads, indem das Destillat durch die Schwerkraft durch eine Turbine / einen Generator zur gemeinsamen Erzeugung von Elektrizität gepresst wird.
In der DE 10 2017 114 020 A1 wird eine Vorrichtung zur Verdampfung und
Kondensation von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser
beschrieben, die aus einem geschlossenen Raum, der eine Verdampferfläche aufweist, auf die über einen Zulauf eine wasserhaltige Flüssigkeit einleitbar ist. Die Flüssigkeit strömt über die zumindest teilweise abfallende Verdampferfläche und ist dann über einen Ablauf aus dem Raum ableitbar. Oberhalb der Verdampferfläche ist eine geneigte Folie angeordnet, an der auf der zur Verdampferfläche gewandten Seite Wasser kondensieren kann und von der geneigten Folie über einen Ablauf zu einer Sammeleinrichtung ableitbar ist. Dadurch kann die Gewinnung von
Kondenswasser aus Salz- oder Brackwasser auf einer großen Fläche mit einfachen Mitteln erfolgen.
Erfindungsgemäß ist oberhalb der Verdampferfläche eine geneigte Folie angeordnet, an der auf der zur Verdampferfläche gewandten Seite Wasser kondensieren kann und von der geneigten Folie über einen Ablauf zu einer Sammeleinrichtung ableitbar ist. An dem Raum kann daher eine kostengünstig herstellbare Folie zur Kondensation eingesetzt werden, die auch über großen Verdampferflächen montiert werden kann. Dadurch kann mit einfachen Mitteln Kondenswasser gesammelt werden, wobei sowohl der Materialeinsatz gering ist als auch auf aufwändige Geräte, wie Lüfter verzichtet werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen zur Erhöhung der
Verdunstungsleistungen bekannt, die auf einer Temperaturerhöhung der zu verdunstenden Flüssigkeiten, auf einem erhöhten Luftstrom zum Abtransport der mit Wasserdampf beladenen Luft von der Verdunstungsoberfläche sowie auf einer vergrößerten Verdunstungsfläche und auf Anlegen eines Vakuums beruhen. Alle diese Lösungen bedürfen zur Erhöhung der Verdunstungsraten einen erhöhten Apparate-technischen Aufwand mit damit verbundenen erhöhten Kosten. Beim Einsatz von Aufheizmittel zur Erhöhung der Verdunstungsraten sind aus dem Stand der Technik nur feinteiliger Koks und Holzkohle als Aufheizmittel bekannt. Dieser feinteilige Koks zeigt beim Einsatz insbesondere in Meerwasserentsalzungsanlagen hohe abrasive Eigenschaften, die zum frühzeitigen Verschleiß der Anlagen führen.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung von Aufheizhilfsmittel zur Erhöhung der Verdunstungsraten für solare Verdampfer in Vorrichtungen zur Verdampfung und Kondensation von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser, wobei die Aufheizmittel mechanisch und thermisch stabil sowie resistent gegenüber der zu erhitzenden Flüssigkeit sind und keine Kontamination der Flüssigkeit verursacht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass für die beschleunigte Aufheizung und Verdunstung der zu verdampfenden Flüssigkeit durch solare
Wärmeeinstrahlung als Aufheizhilfsmittel gelartige Substanzen, in die Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen, eingebracht sind, oder poröse Substanzen mit einer hohen inneren Mikro- und Makroporosität verbunden mit einer hohen Kapillarwirkung eingesetzt werden, die in direkten Kontakt mit den Verdampfungsflächen stehen und von der aufzuheizenden Flüssigkeit überströmt werden. In einer Auslegung der Erfindung wird als gelartige Substanz chemisch vernetzte Gelatine mit einer Schaumstruktur und inkorporierte IR- Absorber, insbesondere Proteine mit in die Proteinstruktur eingebrachtem Graphit, eingesetzt.
Die porösen Substanzen weisen dabei eine hohe innere Mikro- und Makroporosität auf und durch das geringe Lückenvolumen in der Schüttung wird die eingelagerte Flüssigkeit in kleine Wassersegmente aufteilt und auf diese Weise die
Wärmeübertragung von der porösen Substanz auf die Flüssigkeit stark beschleunigt und schnelle Aufheizung der kleinen Wassersegmente erreicht.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert, wobei die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verdampfungsvorrichtung gemäß
DE 10 2017 114 020 A1 mit dem Aufheizmittel, das mit der Verdampferfläche in Kontakt steht, darstellt, wobei,
1 Vorrichtung zur Verdampfung und Kondensation
2 Seitenflächen der Vorrichtung (1)
3 Becken
4 Folie zur Kondensation
5 Zulauf Brackwasser
6 Kondensatablauf
7 Brackwasserablauf
8 Überlauf
9 Netz mit Aufheizmittel
10 Kondensatsammler
11 Brackwassersammler
12 Verdampferfläche
13 Brackwasser
bedeuten.
Beispiel 1 :
Eine Vorrichtung 1 gemäß DE 10 2017 114 020 A1 zur Verdampfung
und Kondensation von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser umfasst einen geschlossenen Raum, der eine Verdampferfläche 12 aufweist, auf die über einen Zulauf 6 eine wasserhaltige Flüssigkeit einleitbar ist, die über die zumindest teilweise abfallende terassenförmige Verdampferfläche 12 strömt und dann über einen Ablauf 7 aus dem Raum ableitbar ist. Oberhalb der
Verdampferfläche 12 ist eine geneigte Folie 4 angeordnet, an der auf der zur Verdampferfläche 12 gewandten Seite Wasser kondensieren kann und von der geneigten Folie 4 über einen Ablauf 6 zu einer Sammeleinrichtung ableitbar ist. Weiterhin sind an der Verdampferfläche 12 mehrere terrassenförmig angeordnete Becken 3 ausgebildet, die in der Höhe versetzt angeordnet sind. Auf der Oberfläche der Becken 3 der Verdampferoberfläche 12 sind innerhalb von Netzen 9
Aufheizhilfsmittel in Form von gelartigen Substanzen, wie Gelatine, in die Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen, wie Graphit eingebracht, angeordnet.
Ein oberes Becken 3 ist jeweils über einen Überlauf 8, insbesondere einen
Überlaufbalken mit einem unteren Becken 3 verbunden. Dieser Überlauf 8 dient gleichzeitig der Sicherung der Netze 9 mit dem Aufheizmittel auf der
Verdampferfläche 12. Dadurch überströmt möglichst vollflächig die wasserhaltige Flüssigkeit, insbesondere Salz- oder Brackwasser das Aufheizmittel. Infolge der Einwirkung von Sonnenenergie, die durch die Folie 4 auf die Verdampferfläche 12 einwirkt, wird die Flüssigkeit teilweise verdunstet bzw. verdampft. Hierdurch bildet sich in dem Raum eine mit Wasser angereicherte Luft mit hoher Luftfeuchtigkeit. Damit steigt auch die Temperatur innerhalb des Raumes. Dadurch kann die
Gewinnung von Kondenswasser aus Salz- oder Brackwasser auf einer großen Fläche mit einfachen Mitteln erfolgen.
Beispiel 2:
Anstelle der Netze 9 mit Aufheizmittel aus einer gelartige Substanzen, in die Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen eingebracht sind, werden auf den Becken 4 poröse Substanzen mit einer hohen inneren Mikro- und Makroporosität verbunden mit einer hohen Kapillarwirkung, wie mesoporöse Silica, in einer polydispersen Schüttung aufgebracht und von der aufzuheizenden Flüssigkeit überströmt .aufgeheizt und teilweise verdunstet bzw. verdampft.

Claims

Patentansprüche
1. Aufheizmittel zur Erhöhung der Verdunstungsrate von Wasser für thermische und solare Wasser-Verdampfer, die mit Verdampferflächen (12) der
Verdampfer in Kontakt gebracht und von dem aufzuheizenden Wasser überströmt und aufgeheizt, verdampft und/oder verdunstet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizmittel aus gelartige Substanzen, in die Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen eingebracht oder aus porösen Substanzen besteht.
2. Aufheizmittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gelartige Substanz in einem Netz angeordnet mit der Verdampferfläche (12) in Kontakt gebracht wird.
3. Aufheizmittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die poröse
Substanz als polydisperse Schüttung oder Körper mit der Verdampferfläche (12) in Kontakt gebracht wird.
4. Aufheizmittel nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
poröse Substanz eine hohe innere Mikro- und Makroporosität aufweist.
5. Aufheizmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
gelartige Substanz aus chemisch vernetzter Gelatine mit einer Schaumstruktur und inkorporierte IR- Absorber besteht.
6. Aufheizmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Energie absorbierende, insbesondere Sonnenlicht absorbierende IR-aktive Substanzen aus Protein mit in die Proteinstruktur eingebrachtes Graphit besteht.
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