AT521595B1 - - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Destillator (1), der mit Hilfe von Sonnenenergie (2) dazu geeignet ist, eine Ausgangsflüssigkeit (4) kontinuierlich zu verdampfen, der aus einem oder mehreren Behältern (3) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und aus einem oder mehreren Behältern (5) für das Destillat (6) besteht. Der Destillator(1) ist dazu ausgelegt, die Ausgangsflüssigkeit (4) sowohl durch Konzentration von Sonnenenergie (2) als auch durch die Rückführung der Verdampfungsenthalpie und Wärmeenergie über einen thermischen Kontakt zwischen den Behältern (3, 5) der Ausgangsflüssigkeit (4) und des Destillates (6) zum Sieden zu bringen, wobei ein oder mehrere Kompressoren (7) zur Kompression und Kondensation des Dampfes aus dem oder den Behältern (3) der Ausgangsflüssigkeit in den oder die Destillatbehälter (5) vorgesehen ist, diese Behälter (3, 5) einen kreisförmigen oder einen davon abweichenden, z.B. einen ovalen, ellipsenförmigen, drei- oder mehreckigen, Querschnitt aufweisen und deren Oberfläche vorzugsweise gewellt ist und/oder Rippen aufweist, um den Wärmeübergang zu verbessern und die Verdampfungs- und Kondensationsfläche zu vergrößern, dass eine oder mehrere Zuleitungen (8), eine oder mehrere Ableitungen (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine oder mehrere Ableitungen (10) für das Destillat (6) vorhanden sind, wobei der Zu- und Abfluss vorzugsweise durch Ventile (23, 26) und/oder Pumpen (22) steuerbar sind und vorzugsweise ein Unterdruck in dem oder den Behältern (3) für die Ausgangsflüssigkeit (4) durch eine oder mehrere Vakuumpumpen (11) erzeugbar ist, damit die Siedetemperatur der Ausgangsflüssigkeit (4) absenkbar ist.

Description

Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft einen Destillator, der mit Hilfe von Sonnenenergie dazu geeignet ist, eine Ausgangsflüssigkeit kontinuierlich zu verdampfen, der aus mindestens einem Behälter für die Ausgangsflüssigkeit und aus mindestens einem Behälter für das Destillat besteht.
[0002] Destillation ist eine effektive Methode, um in Flüssigkeiten gelöste Stoffe zu entfernen oder deren Konzentration zu verringern. Eine wesentliche Anwendung ist die Süßwassergewinnung aus Salzwasser und die Erzeugung von Bioethanol. Für die Destillation muss die Flüssigkeit verdampft und der dabei entstehende Dampf wieder kondensiert werden. Die Verdampfung von Flüssigkeiten ist ein sehr energieaufwendiger Prozess. Somit sind effektive und preisgünstige Energiequellen und Wärmerückgewinnung wesentlich bei Anwendungen der Destillation. Bekannt sind Destillationsanlagen, die Sonnenenergie für den Verdampfungsprozess verwenden. Bekannt sind auch Destillationsanlagen, bei denen Wärmepumpen für die Wärmerückgewinnung eingesetzt werden. Bei der mechanischen Brüdenkompression wird der Dampf (Brüden) komprimiert, wodurch die Kondensationstemperatur erhöht wird, damit dieser Dampf an einer Oberfläche, die mit der Ausgangsflüssigkeit thermisch in Kontakt ist, kondensiert und somit die darin enthaltene Verdampfungsenthalpie an die Ausgangsflüssigkeit rückgeführt wird. Es ist zu berücksichtigen, dass eine Flüssigkeit, in der Stoffe gelöst sind, eine höhere Siedetemperatur als die reine Flüssigkeit hat. Meerwasser siedet bei einer Temperatur, die um etwa 1°C höher ist als bei Süßwasser. Wesentlich dabei ist, dass der Behälter der zu destillierenden Flüssigkeit und der Behälter, der den verdichteten Dampf enthält, in gutem thermischen Kontakt sind und die ganze Anordnung thermisch gut zur Umgebung isoliert ist. Für die thermische Isolation haben sich doppelwandige vakuumisolierte Borosilikatglasrohre millionenfach und günstig produzierbar bewährt. Sie werden als Solarkollektoren zur Warmwassererzeugung eingesetzt und widerstehen besonders harten Umweltbedingungen, z.B. Hagelschlag.
[0003] Sonnenenergie ist an sich kostenlos, verbraucht aber Fläche, weil ihre Leistungsdichte gering ist. Außerdem müssen Anlagen errichtet werden, die die Sonnenenergie verwerten können. Beides kostet Geld. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, möglichst viel Destillat bezogen auf die vorhandene Leistung und die investierten Anlagen zu erzeugen.
[0004] Die DE 31 46 326 A offenbart eine Vorrichtung zur Trinkwasserentsalzung, die an ein Dampfkraftwerk gekoppelt ist.
[0005] Die DE 101 61 211 A zeigt eine thermische Solaranlage, die zur Meerwasserentsalzung geeignet ist. Der Wirkungsgrad ist allerdings unbefriedigend.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine durch Solarwärme betriebene Anlage mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen.
[0007] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass dass der Destillator dazu ausgelegt ist, die Ausgangsflüssigkeit sowohl durch Konzentration von Sonnenenergie als auch durch die Rückführung der Verdampfungsenthalpie und Wärmeenergie über einen thermischen Kontakt zwischen den Behältern der Ausgangsflüssigkeit und des Destillates zum Sieden zu bringen, wobei ein oder mehrere Kompressoren zur Kompression und Kondensation des Dampfes aus dem oder den Behältern der Ausgangsflüssigkeit in den oder die Destillatbehälter vorgesehen ist, diese Behälter einen kreisförmigen oder einen davon abweichenden, z.B. einen ovalen, ellipsenförmigen, drei- oder mehreckigen, Querschnitt aufweisen und deren Oberfläche vorzugsweise gewellt ist und/oder Rippen aufweist, um den Wärmeübergang zu verbessern und die Verdampfungs- und Kondensationsfläche zu vergrößern, dass eine oder mehrere Zuleitungen, eine oder mehrere Ableitungen für die Ausgangsflüssigkeit und eine oder mehrere Ableitungen für das Destillat vorhanden sind, wobei der Zu- und Abfluss vorzugsweise durch Ventile und/oder Pumpen steuerbar sind und vorzugsweise ein Unterdruck in dem oder den Behältern für die Ausgangsflüssigkeit durch eine oder mehrere Vakuumpumpen erzeugbar ist, damit die Siedetemperatur der Ausgangsflüssigkeit absenkbar ist.
[0008] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen erklärt, wobei die Figuren
zeigen:
[0009] ° Fig. 1: Ein Destillator (1), der durch Sonnenlicht (2) bestrahlt wird, in dem ein Behälter (3) vorhanden ist, der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, dort mit einem Behälter (5) im thermischen Kontakt ist, in dem sich das Destillat (6) sammelt, wobei ein Kompressor (7) den Dampf, der durch Sieden der Ausgangsflüssigkeit (4) entsteht, in den Destillatbehälter (5) komprimiert, und bei dem eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit und eine Ableitung für das Destillat (10) vorhanden sind, wobei wahlweise eine Vakuumpumpe (11) vorhanden ist, die in dem Behälter (3), die die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, einen Unterdruck erzeugt.
[0010] ° Fig. 2: Eine Variante A des Destillators (1), bei der ein Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, sich in einem Behälter (5) befindet, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht und durch einen Kompressor (7) verdichtet wird, und bei der eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) vorhanden sind.
[0011] ° Fig. 3: Ein Querschnitt der Variante A durch die Ausgangsflüssigkeit (4), die sich in einem Behälter (3), der durch Sonnenlicht (2) bestrahlt wird, befindet und der sich in dem Behälter (5) für das Destillat befindet.
[0012] ° Fig. 4: Eine Variante B des Destillators (1), bei der sich in dem Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, ein Behälter (5) befindet, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht und durch einen Kompressor (7) verdichtet wird, und bei der eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) vorhanden sind.
[0013] ° Fig. 5: Ein Querschnitt der Variante B durch die Ausgangsflüssigkeit (4), die sich in einem Behälter (3), der durch Sonnenlicht (2) bestrahlt wird, befindet und in dem sich der Behälter (5) für das Destillat befindet.
[0014] ° Fig. 6: Eine Variante C des Destillators (1), bei der sich ein Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, über eine Membran bzw. Kontaktfläche (12) im thermischen Kontakt mit einem Behälter (5) steht, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht und durch einen Kompressor (7) verdichtet wird, und bei dem eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) vorhanden sind.
[0015] ° Fig. 7: Ein Querschnitt der Variante C durch die Ausgangsflüssigkeit (4), die sich in einem Behälter (3), der durch Sonnenlicht (2) bestrahlt wird, befindet und der über eine Membran bzw. 25 Kontaktfläche (12) im thermischen Kontakt mit einem Behälter (5) für das Destillat steht.
[0016] ° Fig. 8: Der Destillator (1) befindet sich in einem doppelwandigen lichtdurchlässigen evakuierten Rohr (13), wobei das äußere Rohr (14) und das innere Rohr (15) lichtdurchlässig sind und eine sonnenstrahlungabsorbierende Schicht auf der Oberfläche (16) oder einem Teil der Oberfläche des Destillators (1) vorhanden ist. Ein Wärmetauscher (17) befindet sich innerhalb des doppelwandigen evakuierten Rohres (13).
[0017] ° Fig. 9: Der Destillator (1) in einem doppelwandigen evakuierten Rohr (13), wobei das äußere Rohr (14) lichtdurchlässig ist und das innere Rohr (15) lichtdurchlässig (Variante A) oder lichtundurchlässig (Varianten B und C) ist, als Behälter für die Ausgangsflüssigkeit und/oder das Destillat dient und eine sonnenstrahlungsabsorbierende (Varianten B und C) Schicht trägt. Ein Wärmetauscher (17) befindet sich innerhalb des doppelwandigen evakuierten Rohres (13).
[0018] ° Fig. 10: Der Destillator (1) mit einer elektronischen Regelung (18) und Steuer- bzw. Signalleitungen (19), der durch Sonnenlicht (2) bestrahlt wird, in dem ein Behälter (3) vorhanden ist, der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, dort mit einem Behälter (5) im thermischen Kontakt ist, in dem sich das Destillat (6) sammelt, wobei ein Kompressor (7) den Dampf, der durch Sieden der Ausgangsflüssigkeit (4) entsteht, in den Destillatbehälter (5) komprimiert, und bei dem eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit und eine Ableitung (10) für das Destillat vorhanden sind. Im Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit (4) ist eine Füllstandsmessung (20) vorhanden. Die Tröpfchen, die beim Sieden entstehen, werden durch einen Spritzschutz (21), z.B. ein Labyrinth, durch das der Dampf strömt, abgefangen. Die elektronische Regelung (18) steuert eine Pumpe (22), die die Ausgangsflüssigkeit (4) in den Behälter (3) fördert, und ein Ventil (23), das den Abfluss der Ausgangsflüssigkeit (Destillationsrückstand) steuert. Filter (24) entfernt oder reduziert im Dampf der Ausgangsflüssigkeit vorhandene unerwünschte Verunreinigungen. Im Behälter (5) für das Destillat (6) ist eine Füllstandsmessung (25) vorhanden, und es wird ein Ventil (26) in der Ableitung (10) so angesteuert, dass der Pegel des flüssigen Destillates (6) über der Ableitung (10) steht, damit kein Dampf entweichen kann.
[0019] ° Fig. 11: Der Destillator (1), von der Seite gezeigt, ist geneigt und im Wesentlichen normal zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet. Die Anordnung aus Destillator (1) und Parabolrinnenspiegel (27) wird durch ein Gestell (28) in Position gehalten, wobei ein Teil dieses Gestells (28) durch ein Rohr (29) in „D"-Form gebildet wird.
[0020] ° Fig. 12: Der Destillator (1), von vorne gezeigt, ist geneigt und im Wesentlichen normal zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet. Die Anordnung aus Destillator (1) und Parabolrinnenspiegel (27) wird durch ein Gestell (28) in Position gehalten, wobei ein Teil dieses Gestells (28) durch ein Rohr (29) in „D"-Form gebildet wird. Der Destillator (1) wird über den Parabolrinnenspiegel (27) mit Sonnenstrahlung (2) beleuchtet.
[0021] ° Fig. 13: Ein Parabolrinnenspiegel (27), in dessen Brennlinie sich der Destillator (1) befindet, ist waagrecht und drehbar befestigt. Der Destillator ist an einem Ende (30) nach oben gebogen, damit die Ausgangsflüssigkeit und das Destillat nicht in den Kompressor bzw. in die Turbine fließt und am anderen Ende (31) nach unten gebogen, damit dort das Destillat abgezapft werden kann.
[0022] ° Fig. 14: Der Destillator (1) ist als Solarturm (32) errichtet und von Spiegeln (33) umgeben, die die Sonnenstrahlung (2) auf den Solarturm (32) lenken. Je nach Topographie des Aufstellungsortes kann es notwendig sein, den Destillator auf einen Podest (34) zu stellen, damit er in seiner gesamten Länge angestrahlt werden kann.
[0023] ° Fig. 15: Eine Variante A des Destillators (1) im Querschnitt entlang der Mittelachse, bei der ein Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, sich in einem Behälter (5) befindet, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht, mit einer radialen Kompressorturbine (35), wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von innen nach außen komprimiert wird und in den Bereich oberhalb (37) und unterhalb (38) des Kompressors geleitet wird. Oberhalb des Kompressors (35) befindet sich eine radiale Turbine (39), die durch den Dampf (36, kleine Pfeile) angetrieben wird und die den Kompressor (35) über eine Achse (40) antreibt, wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von außen nach innen strömt. Eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) sind vorhanden.
[0024] ° Fig. 16: Eine Variante B des Destillators (1) im Querschnitt entlang der Mittelachse, bei der sich in dem Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, ein Behälter (5) befindet, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht, mit einer axialen Kompressorturbine (41). Oberhalb des Kompressors (41) befindet sich eine radiale Turbine (39), die durch den Dampf (36, kleine Pfeile) angetrieben wird und die den
Kompressor (41) über eine Achse (40) antreibt, wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von außen nach innen strömt. Eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) sind vorhanden.
[0025] ° Fig. 17: Variante C des Destillators (1) im Querschnitt entlang der Mittelachse, bei der sich ein Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, über eine Membran bzw. Kontaktfläche (12) im thermischen Kontakt mit einem Behälter (5) steht, der das Destillat (6) und den Dampf enthält, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht, mit einem Rootskompressor (42). Der Rootskompressor (42) wird durch einen Elektromotor (43) angetrieben und komprimiert den Dampf (36, kleine Pfeile) aus dem linken Behälter (3) in den rechten Behälter (5). Eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine Ableitung (10) für das Destillat (6) sind vorhanden.
[0026] ° Fig.18: Variante C des Destillators (1) im Querschnitt durch den Rootskompressor (42) normal zur Mittelachse. Der Rootskompressor (42) komprimiert den Dampf (36, kleine Pfeile).
[0027] Bei der Variante A der Erfindung (Fig.2 und 3) befindet sich der Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, in einem Behälter (5), der das Destillat (6) und den Dampf enthält, wodurch die Behälter (3, 5) im thermischen Kontakt sind, wobei der Dampf durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht und durch einen Kompressor (7) verdichtet wird, damit er an den Wänden des Destillatbehälters (5) kondensiert und an dem Ausgangsflüssigkeitsbehälter (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie abgibt, um die Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) zurückzuführen. In diesem Fall durchdringt das Licht der Sonne (2) den äußeren Behälter (5), der den komprimierten Dampf enthält und dessen Wände sonnenstrahlungsdurchlässig ausgeführt sind.
[0028] Bei Variante B der Erfindung (Fig.4 und 5) befindet sich in dem Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, ein Behälter (5), der das Destillat (6) und den Dampf enthält, wodurch die Behälter (3, 5) im thermischen Kontakt sind, wobei der Dampf durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht und durch einen Kompressor (7) verdichtet wird, damit er an den Wänden des Destillatbehälters (5) kondensiert und an dem Ausgangsflüssigkeitsbehälter (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie abgibt, um die Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) zurückzuführen. In diesem Fall trifft das Licht der Sonne (2) den äußeren Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit enthält.
[0029] Bei der Variante C der Erfindung (Fig.6 und 7) befindet sich ein Behälter (3), der die Ausgangsflüssigkeit (4) enthält, über eine Membran bzw. Kontaktfläche (12) im thermischen Kontakt mit einem Behälter (5), der das Destillat (6) und den Dampf enthält, wobei der Dampf durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes entsteht und durch einen Kompressor verdichtet wird, damit er an der Membran bzw. Kontaktfläche (12) kondensiert und an dem Ausgangsflüssigkeitsbehälter (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie abgibt, um die Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) zurückzuführen. In diesem Fall trifft die Strahlung der Sonne (2) den Ausgangsflüssigkeitsbehälter, und der Destillator (1) kann so gedreht werden, dass möglichst nur der Ausgangsflüssigkeitsbehälter beleuchtet wird, oder auch beide Arten von Behältern (3, 5) trifft, wobei die Sonnenenergie durch Wärmeleitung an den Ausgangsflüssigkeitsbehälter übertragen wird.
[0030] Die Ausgangsflüssigkeit (4) wird bei allen drei Varianten (1) kontinuierlich zu- (8) und abgeführt, und die Zu- und Abflussmenge wird so geregelt, dass der Pegel der Ausgangsflüssigkeit (4) in einem gewissen Bereich bleibt und die Ausgangsflüssigkeit flüssige Konsistenz behält. Das Destillat (6) wird kontinuierlich abgeleitet (10) und die Abflussmenge so geregelt, dass der Pegel des Destillates über der oder den Ableitungen (10) steht, damit kein Dampf entweichen kann. Die Regelung kann händisch, oder automatisiert (z.B. elektronisch und/oder mechanisch) erfolgen. Für die Unterstützung der händischen Regelung können Schaugläser vorhanden sein, um den
oder die Pegel der Flüssigkeiten (4, 6) sichtbar zu machen. Für die automatisierte Regelung sind Sensoren vorhanden, die den Pegelstand an die Regelung übertragen, um ein Steuersignal für Ventile und Pumpen zu erzeugen. Zusätzlich können ein oder mehrere Wärmetauscher vorhanden sein, die die Ausgangsflüssigkeit möglichst heiß zufließen lassen, indem sie die Wärme der abfließenden Ausgangsflüssigkeit (9), des Destillationsrückstandes, und/oder des abfließenden Destillates (10) der Ausgangsflüssigkeit zuführen.
[0031] Die Sonnenenergie (2) kann durch Konzentration mit einem Parabolrinnenspiegel, einem Fresnelspiegel oder einer Fresnellinse, in dessen Brennlinie sich der Destillator befindet, zugeführt werden, oder durch eine Vielzahl von Spiegeln, wobei der Destillator dann als Turm, ein sogenannter Solarturm, errichtet ist und von diesen Spiegeln umgeben ist, die die Sonnenenergie auf den Solarturm konzentrieren. Die Sonnenenergie kann dem Destillator aber auch direkt zugeführt werden, wobei dann vorzugsweise eine Vakuumpumpe (11) Unterdruck erzeugt oder das Gerät in großen Höhen betrieben wird, um die Siedetemperatur abzusenken. Die Behälter des Destillators können auch vom kreisförmigen Querschnitt abweichen und z.B. einen ovalen, ellipsenförmigen, drei- oder mehreckigen Querschnitt haben. Die Oberfläche kann gewellt sein und/oder Rippen tragen, um den Wärmeübergang zu verbessern und die Verdampfungs- und Kondensationsfläche zu vergrößern.
[0032] Verbessert werden kann die Erfindung (Fig.8 und 9), indem der Destillator (1) durch ein doppelwandiges Rohr (13) umgeben wird, das ähnlich einer Thermosflasche evakuiert ist und zumindest das äußere Rohr (14) lichtdurchlässig ist. Bei der Variante A der Erfindung müssen beide Rohre (14, 15) lichtdurchlässig sein. Bei der Variante B und C der Erfindung muss das äußere Rohr (14) lichtdurchlässig sein und das innere Rohr kann lichtdurchlässig (15) oder mit einer sonnenstrahlenabsorbierenden Schicht (z.B. TiNox) überzogen sein, wobei es dann als Behälter für die Ausgangsflüssigkeit dient (Fig. 9). Ist das innere Rohr (15) lichtdurchlässig, befindet sich die sonnenstrahlungabsorbierende Schicht auf der Oberfläche (16) oder einem Teil der Oberfläche (16) des Destillators (1). Die lichtdurchlässigen Rohre tragen vorzugsweise Schichten, die die Reflexion der Sonnenstrahlung (2) reduzieren und die Infrarotstrahlung des Destillators reflektieren. Außerhalb des Bereiches, auf den die Sonnenstrahlen treffen, kann das doppelwandige Rohr ähnlich einem Dewargefäß verspiegelt sein, um noch bessere Wärmeisolation dort zu erreichen. Sind ein oder mehrere Wärmetauscher (17) vorhanden, die die Ausgangsflüssigkeit möglichst heiß zufließen lassen, dann ist es wesentlich, dass sie thermisch gut zur Umgebung isoliert sind. Besonders effizient werden Wärmetauscher (17) isoliert, wenn sie sich innerhalb des doppelwandigen evakuierten Rohres, oberhalb und/oder unterhalb der Behälter für die Ausgangsflüssigkeit und des Destillates, befinden. Zusätzlich kann in den Wärmetauschern auch ein oder mehrere Peltierelemente vorhanden sein, die mit Hilfe des Seeheck-Effektes elektrischen Strom für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung liefern.
[0033] Als Material des Destillators kommen vorzugsweise korrosionsbeständige Metalle und/oder Kunststoffe zum Einsatz. Diese können auch oberflächenbehandelt sein, um Siedeverzug zu verhindern bzw. Kondensation zu begünstigen. Kunststoffe sind thermisch nicht so gut leitend wie Metalle. Wird aber ein doppelwandiges evakuiertes Außenrohr eingesetzt, dann ist der Destillator weitgehend zur Umgebung thermisch isoliert, und ein höheres Temperaturgefälle senkt den Wirkungsgrad unwesentlich. Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie preisgünstiger und leichter als Metalle sind.
[0034] Ein entscheidender Vorteil der Erfindung ist, dass der Destillator einen großen Durchmesser hat verglichen mit anderen Solaranlagen, die die Sonnenstrahlen wesentlich mehr auf dünnere Rohre fokussieren, in denen eine Flüssigkeit fließt, die die Wärme abführt. Der Destillator (1) braucht sogar einen größeren Durchmesser, weil sonst die kochende Ausgangsflüssigkeit (4) durch den entstehenden Dampf aus dem Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit spritzen würde. Durch den großen Durchmesser wird nur eine geringere Fokussierung benötigt, verglichen mit Solaranlagen, die dünnere Rohre verwenden und die Destillation räumlich getrennt durchführen. Dadurch muss der Parabolrinnenspiegel keine exakte Parabelform haben und es können auch aufblasbare, faltbare, aufgespannte oder zusammenklappbare Spiegel zum Einsatz kommen.
[0035] Wird ein Turm mit vielen Spiegeln verwendet, können ebene Spiegel mit der ungefähren Breite des Durchmessers des Turmes oder auch aufblasbare, faltbare, aufgespannte oder zusammenklappbare Spiegel zum Einsatz kommen. Durch den vergleichsweise großen Durchmesser des Destillators können auch Filter, z.B. Aktivkohlefilter, Mikrofilter, Ultrafilter und/oder Nanofilter, direkt im Destillator verbaut werden, die im Dampf der Ausgangsflüssigkeit vorhandene unerwünschte Verunreinigungen entfernen oder reduzieren.
[0036] Der Kompressor (7), der zur Verdichtung des Dampfes dient, kann sowohl ein Strömungsverdichter, z.B. ein axialer, radialer oder diagonaler Turboverdichter, ein Verdrängerverdichter, z.B. ein Rotationsverdichter, ein Rootsverdichter oder ein Schraubenverdichter, ein Ventilator 0der ein Zentrifugalgebläse sein. Angetrieben wird der Kompressor durch einen Motor, z.B. einen Elektromotor oder einen Stirlingmotor, oder durch eine Strömungsmaschine, z.B. eine axiale, radiale oder diagonale Turbine, oder durch eine Verdrängermaschine, z.B. eine Rotationskolbenmaschine, die durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit betrieben wird. Eine Turbine, die durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit betrieben wird, kann auch einen Generator antreiben, dessen elektrischer Strom dann den Motor des Kompressors antreibt und für weitere Anwendungen, z.B. Spiegelsteuerung, Pumpenbetrieb und Ventilsteuerung, zur Verfügung steht. Wird der Kompressor (7) durch eine Turbine angetrieben, kann zusätzlich auch ein Generator angetrieben werden, der dann für weitere Anwendungen, z.B. Spiegelsteuerung, Pumpenbetrieb und Ventilsteuerung, zur Verfügung steht und der auch als Motor verwendet werden kann, wobei die Leistung der Turbine durch eine Drosselklappe, ein Waste-Gate oder durch Geometrieänderung variiert werden kann. Der Kompressor (7) und, falls vorhanden, die Turbine können auch mehrfach vorhanden sein und aus Kunststoff oder zum Teil aus Kunststoff bestehen, um Produktionskosten zu sparen. überschüssig vorhandene elektrische Leistung kann über Heizelemente der Ausgangsflüssigkeit zugeführt werden. Zwischen allen Geräten kann zusätzlich ein Getriebe angeordnet sein, um Drehzahlen anzupassen. Ist ein Motor vorhanden, kann die Anlage auch mit Unterdruck betrieben werden.
[0037] Fig.10 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) mit einer elektronischen Regelung (18) und Steuer- bzw. Signalleitungen (19). Im Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit ist eine Füllstandsmessung (20) vorhanden, die über eine Füllstandsregelung verhindert, dass Ausgangsflüssigkeit in den Verdichter gelangt. Beim Verdampfen von Flüssigkeiten entstehen Gasblasen, die in der Lage sind, die Flüssigkeit zu verspritzen. Der Dampfstrom kann die Flüssigkeitströpfchen dann weitertransportieren. Diese Tröpfchen werden, wenn notwendig, durch einen Spritzschutz (21), z.B. ein Labyrinth, ein Sieb und/oder ein Drahtgeflecht, durch das der Dampf strömt, abgefangen, bevor sie in den Kompressor geraten. Die Füllstandsregelung steuert eine oder mehrere Pumpen (22), die die Ausgangsflüssigkeit (4) in den Behälter (3) der Ausgangsflüssigkeit fördern, und/oder ein oder mehrere Ventile (23), die den Abfluss der Ausgangsflüssigkeit (Destillationsrückstand) steuern. Durch die Füllstandsregelung soll erreicht werden, dass keine Flüssigkeit in den Spritzschutz, einen optional vorhandenen Filter (24) und/oder in den Kompressor gelangt und dass der Destillationsrückstand flüssig bleibt, damit er aus dem Destillator (1) abfließen kann. Im Behälter (5) für das Destillat (6) ist eine Füllstandsmessung (25) vorhanden, die über eine Füllstandsregelung einerseits verhindert, dass Dampf aus dem Verdichter entweicht und andererseits, dass der Pegel des Destillats möglichst niedrig bleibt, damit eine größtmögliche Oberfläche für die Kondensation des Dampfes vorhanden ist. Dazu werden ein oder mehrere Ventile (26) in der Ableitung oder den Ableitungen so angesteuert, dass der Pegel des flüssigen Destillates über allen Ableitungen steht. Alle Pumpen können durch einen Behälter ersetzt werden, der über dem Destillator angeordnet ist und aus dem mit Hilfe der Schwerkraft und einem oder mehreren Regelventilen die Ausgangsflüssigkeit dem Destillator oder mehreren Destillatoren zugeführt wird. Jedes Ventil kann auch durch eine Pumpe, z.B. eine Zahnradpumpe oder Schlauchpumpe, ersetzt werden, die Flüssigkeiten wohldosiert fördert. Die Füllstandsmessung in beiden Behältern kann z.B. mit einem Schwimmer, durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit, durch kapazitive Messung, durch optische Messung, durch Ultraschallmessung oder durch Messung mit Mikrowellen bzw. Radar erfolgen. Die Füllstandsregelung kann mechanisch und/oder elektronisch erfolgen. Die Druckregelung kann durch die Leistung des Antriebs des Kompressors (7) erfolgen. Ist eine Turbine für den Antrieb des Kompressors vorhanden, kann die Druckrege-
lung über die Leistung der Turbine durch eine Drosselklappe, ein Waste-Gate oder durch Geometrieänderung variiert werden. Wird ein Filter (24) in die Anlage eingebaut, ist zu berücksichtigen, dass im Filter ein Druckgefälle entsteht. Überdruck kann durch ein oder mehrere Überdruckventile abgeleitet oder durch Ausschwenken des Spiegels abgebaut werden.
[0038] Zusätzlich können weitere Zu- und Ableitungen vorhanden sein, über die Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Spülflüssigkeiten dem Destillator zugeführt werden. Während der Destillation kann sich Kesselstein in den Behältern und in den Zu- und Ableitung bilden (scaling). Weiters kann biologische Verunreinigung durch Organismen zu einem Problem führen (fouling). Durch Reinigen, Desinfizieren und/oder Spülen ist es möglich, beides in den Griff zu bekommen. Die Oberflächen der Behälter können mit scaling und fouling abweisenden Schichten (z.B. Teflon) überzogen oder nanotechnologisch behandelt sein (z.B. carbon nanotubes). Die Schichten können zusätzlich das Korrosionsverhalten der Behältermaterialien verbessern. Weiters besteht die Möglichkeit, physikalische Methoden zur Reinigung wie z.B. Ultraschall und/oder Vibrationen anzuwenden, indem entsprechende Schallerzeuger z.B. Piezokristalle und/oder Vibratoren im Destillator und an den Zu- und Ableitungen angebracht sind. Bei großen Anlagen, vorzugsweise Solartürmen, kann ein sogenannter Molch verwendet werden, eine Vorrichtung die bei Pipelines zum Einsatz kommt und sich durch Röhren bzw. röhrenförmige Behälter bewegt und die Wände überprüft und reinigt. Im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Bewegung z.B. über Seile und/oder Zahnstangen.
[0039] Auf der Sonnenstrahlen absorbierenden Schicht können sich Photovoltaikzellen befinden, deren Strom für den Antrieb des Kompressors verwendbar ist und/oder für weitere Anwendungen, z.B. Spiegelsteuerung, Pumpenbetrieb und Ventilsteuerung, zur Verfügung steht. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Wirkungsgrad der Photovoltaikzellen eine unbedeutende Rolle spielt, weil die Abwärme der Photovoltaikzellen zur Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit verwendet werden kann. Wenn die Sonnenstrahlung durch Spiegel konzentriert wird, arbeiten die Photovoltaikzellen bei hohen Temperaturen, wodurch ihr Wirkungsgrad gesenkt, aber durch das konzentrierte Sonnenlicht gesteigert wird. Optional können auch an anderen Stellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Photovoltaikzellen angebracht sein.
[0040] Bei allen drei Varianten kann der Destillator (1) unterschiedlich eingebaut oder errichtet werden. Diese Bauformen sind in Fig. 11, 12, 13 und 14 zu sehen und sind als CSP -Anlagen (concentrated solar power) ausgelegt.
[0041] Der Destillator (1) ist geneigt und im Wesentlichen normal zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet (Fig. 11 und 12). Ein Parabolrinnenspiegel (27), in dessen Brennlinie sich der Destillator (1) befindet, wird drehbar befestigt. Die Anordnung aus Destillator (1) und Parabolrinnenspiegel (27) wird durch ein Gestell (28) in Position gehalten, wobei ein Teil dieses Gestells (28) vorzugsweise durch ein Rohr (29) in „D"-Form gebildet wird und dieses Rohr wahlweise mit dem Parabolrinnenspiegel mitgedreht wird. Insbesondere, wenn der Kompressor des Destillators mit einer Turbine durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit betrieben wird, kann dieser Dampf in das Rohr (29) geleitet und dort kondensiert werden, damit sich dieses Destillat zusätzlich dort ansammelt. In dem Rohr (29) kann sich ein Kondensator befinden, falls der Dampf aus der Turbine nicht an den Rohrwänden gänzlich kondensiert. Der Kondensator kann mit der Ausgangsflüssigkeit oder anderen Flüssigkeiten gekühlt werden. In dem Rohr kann wahlweise auch das Destillat aus dem Destillator gesammelt werden. Der Parabolrinnenspiegel (27) wird durch einen Antrieb automatisch oder händisch so nachgeführt, dass die reflektierte und fokussierte Sonnenstrahlung (2) auf den Destillator (1) fällt. Weiters kann zusätzlich der Elevationswinkel des Destillators (1) und des Parabolrinnenspiegels (27) in Abhängigkeit des Sonnenstandes tageszeitlich geändert werden. Diese Bauform ist besonders für zerlegbare und portable Ausführungen mit optionaler händischer Nachführung des Spiegels geeignet. Für diesen Zweck wird die erfindungsgemäße Vorrichtung modular aufgebaut. Die modularen Komponenten sind z.B. der Destillator (1), der Spiegel (27), das Rohr (29) in „D"-Form und das Gestell (28). Der Spiegel (27) kann zusätzlich faltbar, aufspannbar und/oder aufblasbar ausgeführt werden. Das Rohr (29) kann weiter teilbar sein, um z.B. eine Reinigung zu ermöglichen. Das Gestell (28) und die anderen Module werden vorzugsweise durch Schraub- und/oder Schnellverschlüsse zusammengehalten. Durch die geneigte Anordnung
des Destillators ist diese Bauform für äquatoriale Breiten ungeeignet.
[0042] Der Destillator (1) ist entweder waagrecht, auf der Nordhalbkugel der Erde nach Süden abfallend oder auf der Südhalbkugel der Erde nach Norden abfallend, in Nord-Süd-Richtung angeordnet (Fig. 13). Ein Parabolrinnenspiegel (27), in dessen Brennlinie sich die Mitte des Destillators (1) bzw. der Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit befindet, wird drehbar befestigt. Der Destillator ist an einem Ende (30) nach oben gebogen, damit die Ausgangsflüssigkeit und das Destillat nicht in den Kompressor bzw. in die Turbine fließt und am anderen Ende (31) nach unten gebogen, damit dort das Destillat abgezapft werden kann. Das Ende (30) des Destillators, in dem sich der Kompressor befindet, das auf der Nordhalbkugel im Norden und auf der Südhalbkugel im Süden ist, wird vorzugsweise erhöht angeordnet, damit der Dampf in dem Destillator leichter entweichen kann und die Sonnenstrahlung intensiver als bei waagrechter Anordnung auf den Destillator (1) trifft. Die Nachführung wird tageszeitlich abhängig durch einen Antrieb so automatisch durchgeführt, dass die reflektierte und fokussierte Sonnenstrahlung (2) auf den Destillator (1) bzw. auf den Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit fällt. Diese Bauform ist auch für äquatoriale Breiten brauchbar und ist für ein Solarfarmkraftwerk mit einer Vielzahl von Destillatoren geeignet.
[0043] Der Destillator (1) ist als Solarturm (32) errichtet und von Spiegeln (33) umgeben (Fig. 14), die das Sonnenlicht auf den Solarturm (32) lenken, wobei dafür jeder Spiegel (33) tages- und Jahreszeitlich ausgerichtet werden muss. Die Sonnenstrahlung (2) wird vorzugsweise durch diese Spiegel (33) möglichst gleichmäßig auf den turmförmigen Destillator gerichtet. Je nach Topographie des Aufstellungsortes kann es notwendig sein, den Destillator auf einen Podest (34) zu stellen, damit er in seiner gesamten Länge angestrahlt werden kann. Die Spiegel (33) sind vorzugsweise rechteckig ausgeführt, weil der turmförmige Destillator vorzugsweise eine längliche Form besitzt. Im Gegensatz zu anderen turmförmigen Solaranlagen wird die Sonnenstrahlung nicht auf einen Punkt, sondern auf eine Linie gerichtet. Dadurch sind die Temperaturen und Anforderungen an die Materialien geringer und Vögel, die in der Nähe des Turmes (32) fliegen, werden einer geringeren Gefahr ausgesetzt.
[0044] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch geeignet, als Off-Share-Installation in einem Gewässer ausgeführt zu werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können schwimmend sein, wobei sie dann entweder am Grund des Gewässers verankert werden und/oder über einen eigenen Antrieb verfügen, um die Position zu halten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch am Grund des Gewässers stehen und mit Hilfe eines Turmes und/oder eines Fundamentes über die Wasseroberfläche reichen, wobei auch mehrere oder alle Teile auf einer Plattform oder mehreren Plattformen montiert sein können. Bei Verwendung eines Parabolrinnenspiegels (27) befindet sich die gesamte Vorrichtung im Gewässer, wobei auch eine Installation im Gezeitenbereich möglich ist. Bei Verwendung eines Turmes (32) können sich der Turm (32) und die Spiegel (33) im Wasser und/oder im Gezeitenbereich befinden. Es kann sich aber auch der Turm (32) am Land befinden und alle oder einige Spiegel (33) im Wasser. Umgekehrt kann der Turm (32) im Wasser und/oder im Gezeitenbereich sein und sich auch mehrere oder alle Spiegel (33) am Land befinden.
[0045] An konkreten Beispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.
[0046] Fig. 15 zeigt Variante A im Querschnitt entlang der Mittelachse mit einer radialen Kompressorturbine (35), wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von innen nach außen komprimiert wird (outflow) und in den Bereich oberhalb (37) und unterhalb (38) des Kompressors geleitet wird. Oberhalb des Kompressors (35) befindet sich eine radiale Turbine (39), die durch den Dampf (36, kleine Pfeile) angetrieben wird und die den Kompressor (35) über eine Achse (40) antreibt, wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von außen nach innen strömt (inflow). Es besteht auch die Möglichkeit, den verdichteten Dampf nur in den Bereich unterhalb (38) des Kompressors zu leiten und die Turbine (39) direkt mit dem Dampf aus dem Behälter (5) der Ausgangsflüssigkeit zu betreiben, wobei z.B. dann die Achse (40) hohl ausgeführt wird, damit dieser Dampf in den Bereich oberhalb (37) des Kompressors gelangen kann, um die Turbine (39) anzutreiben. Der Dampf kann aber
auch über Rohrverbindungen seitlich an dem Kompressor vorbei geleitet werden. Der verdichtete Dampf kondensiert an der Außenfläche des inneren Behälters (3). Die Anordnung ist weitgehend rotationssymmetrisch, mit Ausnahme der Zu- und Ableitungen der Flüssigkeiten. Die Ausgangsflüssigkeit wird mit einer Pumpe in den mittleren Behälter geleitet und über ein Ventil abgeleitet. Das Destillat sammelt sich im äußeren Behälter und wird über ein Ventil abgeleitet.
[0047] Fig. 16 zeigt Variante B im Querschnitt entlang der Mittelachse mit einer axialen Kompressorturbine (41). Oberhalb des Kompressors (41) befindet sich eine radiale Turbine (39), die durch den Dampf (36, kleine Pfeile) angetrieben wird und die den Kompressor (41) über eine Achse (40) antreibt, wobei der Dampf (36, kleine Pfeile) von außen nach innen strömt (inflow). Der verdichtete Dampf kondensiert an der Innenfläche des inneren Behälters (5). Die Anordnung ist weitgehend rotationssymmetrisch, mit Ausnahme der Zu- und Ableitungen der Flüssigkeiten. Die Ausgangsflüssigkeit wird mit einer Pumpe in den äußeren Behälter geleitet und über ein Ventil abgeleitet. Das Destillat sammelt sich im mittleren Behälter und wird über ein Ventil abgeleitet.
[0048] Fig. 17 zeigt Variante C im Querschnitt entlang der Mittelachse mit einem Rootskompressor (42). In Fig.18 ist diese Variante im Querschnitt durch den Rootskompressor (42) normal zur Mittelachse zu sehen. Der Rootskompressor (42), der durch einen Elektromotor (43) angetrieben wird, komprimiert den Dampf (36, kleine Pfeile) aus dem linken Behälter, der die Ausgangsflüssigkeit enthält, in den rechten Behälter. Der verdichtete Dampf kondensiert an der Trennfläche (12) der beiden Behälter. Die Ausgangsflüssigkeit wird mit einer Pumpe in den linken Behälter geleitet und über ein Ventil abgeleitet. Das Destillat sammelt sich im rechten Behälter und wird über ein Ventil abgeleitet.
[0049] Alle Konstruktionen des Destillators (1), die in Fig.15, 16, 17 und 18 abgebildet sind, können direkt mit einem Parabolrinnenspiegel, in dessen Brennlinie sich der Destillator befindet, oder durch eine Vielzahl von Spiegeln durch Sonnenlicht bestrahlt werden, wobei der Destillator dann als Solarturm (32) errichtet ist und von diesen Spiegeln (33) umgeben ist.
[0050] Die Nachführung des oder der Spiegel kann rechnergesteuert erfolgen, weil der Sonnenstand zu jedem Zeitpunkt an jedem Ort der Erde wohldefiniert ist, oder durch Photozellen erfolgen, die z.B. durch Schattenbildung den hellsten Punkt am Himmel finden. Bei Hagel und sonstigen Unwettern kann der Spiegel so gesteuert werden, dass er als Schutz für den Destillator dient. Mit der Erfindung ist es möglich, große Anlagen zu errichten, indem z.B. die Bauform mit waagrechtem Destillator multipel in mehreren Reihen angelegt wird oder die Turmbauform entsprechen groß und mit vielen Spiegeln errichtet wird. Wenn erforderlich, ist mit der Erfindung auch Mehrfachdestillation möglich, z.B. für die Herstellung von Bioethanol, indem Destillatoren hintereinander angeordnet werden und der jeweilige Destillationsrückstand als Ausgangsflüssigkeit für den nächsten Destillator verwendet wird. Bei der Meerwasserentsalzung besteht die Möglichkeit, den anfallenden Destillationsrückstand, die Sole, in Verdunstungsbecken zu leiten, um Salz zu gewinnen.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Destillator (1), der mit Hilfe von Sonnenenergie (2) dazu geeignet ist, eine Ausgangsflüssigkeit (4) kontinuierlich zu verdampfen, der aus einem oder mehreren Behältern (3) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und aus einem oder mehreren Behältern (5) für das Destillat (6) besteht, gekennzeichnet dadurch, dass der Destillator (1) dazu ausgelegt ist, die Ausgangsflüssigkeit (4) sowohl durch Konzentration von Sonnenenergie (2) als auch durch die Rückführung der Verdampfungsenthalpie und Wärmeenergie über einen thermischen Kontakt zwischen den Behältern (3, 5) der Ausgangsflüssigkeit (4) und des Destillates (6) zum Sieden zu bringen, wobei ein oder mehrere Kompressoren (7) zur Kompression und Kondensation des Dampfes aus dem oder den Behältern (3) der Ausgangsflüssigkeit in den oder die Destillatbehälter (5) vorgesehen ist, diese Behälter (3, 5) einen kreisförmigen oder einen davon abweichenden, z.B. einen ovalen, ellipsenförmigen, drei- oder mehreckigen, Querschnitt aufweisen und deren Oberfläche vorzugsweise gewellt ist und/oder Rippen aufweist, um den Wärmeübergang zu verbessern und die Verdampfungs- und Kondensationsfläche zu vergrößern, dass eine oder mehrere Zuleitungen (8), eine oder mehrere Ableitungen (9) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und eine oder mehrere Ableitungen (10) für das Destillat (6) vorhanden sind, wobei der Zu- und Abfluss vorzugsweise durch Ventile (23, 26) und/oder Pumpen (22) steuerbar sind und vorzugsweise ein Unterdruck in dem oder den Behältern (3) für die Ausgangsflüssigkeit (4) durch eine oder mehrere Vakuumpumpen (11) erzeugbar ist, damit die Siedetemperatur der Ausgangsflüssigkeit (4) absenkbar ist.
    2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich der oder die Behälter (3), die die Ausgangsflüssigkeit (4) enthalten, in einem oder mehreren Behältern (5) befinden, die das Destillat (6) und den Dampf enthalten, wodurch die Behälter (3, 5) im thermischen Kontakt sind, und dass der Dampf, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht, durch einen oder mehrere Kompressoren (7) verdichtbar ist und er an den Wänden der Destillatbehälter (5) kondensierbar ist und an dem oder den Ausgangsflüssigkeitsbehältern (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie zur Rückführung der Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) abgebbar ist, wobei der oder die äußeren Behälter (5), die den komprimierten Dampf enthalten, für das Licht der Sonne (2) durchdringbar sind und dessen Wände sonnenstrahlungsdurchlässig ausgeführt sind.
    3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich in dem oder den Behältern (3), die die Ausgangsflüssigkeit (4) enthalten, ein oder mehrere Behälter (5) befinden, die das Destillat (6) und den Dampf enthalten, wodurch die Behälter (3, 5) im thermischen Kontakt sind, und dass der Dampf, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes (2) entsteht, durch einen oder mehreren Kompressoren (7) verdichtbar ist und er an den Wänden der Destillatbehälter (5) kondensierbar ist und an dem oder den Ausgangsflüssigkeitsbehältern (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie zur Rückführung der Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) abgebbar ist, wobei der oder die äußeren Behälter (3), die die Ausgangsflüssigkeit enthalten, dem Licht der Sonne (2) aussetzbar ist.
    4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein oder mehrere Behälter (3), die die Ausgangsflüssigkeit (4) enthalten, über eine oder mehrere Membranen oder Kontaktflächen (12) im thermischen Kontakt mit einem oder mehreren Behältern (5) stehen, die das Destillat (6) und den Dampf enthalten, wobei der Dampf, der durch Verdampfung der Ausgangsflüssigkeit (4) mit Hilfe der Energie des Sonnenlichtes entsteht, durch einen oder mehrere Kompressoren verdichtbar ist, damit er an der oder den Membranen oder Kontaktflächen (12) kondensierbar ist und an dem oder den Ausgangsflüssigkeitsbehältern (3) die in ihm innewohnende thermische Verdampfungsenthalpie und thermische Energie zur Rückführung der Wärme an die Ausgangsflüssigkeit (4) abgebbar ist, wobei der oder die Ausgangsflüssigkeitsbehälter der Strahlung der Sonne (2) aussetzbar ist, und der Destillator (1) so drehbar ist, dass möglichst nur der oder die Ausgangsflüssigkeitsbehälter beleuchtet sind, oder auch beide Arten von Behältern (3, 5) beleuchtet sind, wobei die Sonnenenergie durch
    Wärmeleitung an den oder die Ausgangsflüssigkeitsbehälter (3) übertragbar ist.
    5. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung mit einen oder mehrere Spiegel, wie z.B. Parabolrinnenspiegel (27) und/oder Fresnelspiegel, wobei diese Spiegel vorzugsweise auch als aufblasbare, faltbare, aufgespannte oder zusammenklappbare Spiegel ausgeführt sind, und/oder eine oder mehrere Fresnellinsen und/oder eine Vielzahl von Spiegeln (33) aufweist und der oder die Spiegel oder Linsen für die Konzentration der Sonnenenergie (2) auf den Destillator (1) ausgeführt ist und diese Spiegel und Linsen vorzugsweise entsprechend der Beleuchtungsverhältnisse entweder computergesteuert nachführbar sind, oder durch Photozellen zur Identifikation des hellsten Bereichs am Himmel nachführbar sind, und vorzugsweise bei Unwettern in eine sichere Position drehbar sind, und dass die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Barken zum Schwimmen auf einem Gewässer verbunden sind, wobei sie dann entweder am Grund des Gewässers verankerbar sind und/oder über einen eigenen Antrieb verfügen, um die Position zu halten, und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Grund eines Gewässers oder eines Gezeitenbereichs abstellbar sind oder mit einem Turm oder einem Fundament über der Wasseroberfläche haltbar sind, wobei vorzugsweise mehrere oder alle Teile auf einer oder mehreren Plattformen zusammengefasst montiert sind.
    6. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass Behälter, Kompressoren, Leitungen und/oder vorzugsweise vorhandene Vakuumpumpen, Turbinen, Pumpen, und/oder Ventile der erfindungsgemäß en Vorrichtung vorzugsweise aus korrosionsbeständigen Metallen und/oder Kunststoffen bestehen, wobei diese Materialien vorzugsweise, z.B. mit Teflon, beschichtet und/oder nanotechnologisch, z.B. mit carbon nanotubes, behandelt sind, um Kesselstein und/oder biologische Verunreinigung durch Organismen zu verhindern oder zu reduzieren, und/oder diese Materialien vorzugsweise oberflächenbehandelt und/oder beschichtet sind, um Siedeverzug zu verhindern oder Kondensation zu begünstigen, und dass ein Spritzschutz (21), z.B. ein Labyrinth, ein Sieb und/oder ein Drahtgeflecht, und/oder ein oder mehrere Filter (24), z.B. ein Aktivkohlefilter, Mikrofilter, Ultrafilter und/oder Nanofilter, im Behälter (3) der Ausgangsflüssigkeit (4) zur Reduktion oder Entfernung von unerwünschten Verunreinigungen eingebaut sind, dass vorzugsweise weitere Zu- und Ableitungen vorhanden sind, über die Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Spülflüssigkeiten dem Destillator (1) zuführbar sind, und/oder dass Schallerzeuger wie z.B. Piezokristalle und/oder Vibratoren im Destillator (1) und an den Zu- und Ableitungen zur Reinigung mittels physikalischer Methoden angebracht sind, wobei ein oder mehrere Molche, eine Vorrichtung die bei Pipelines zum Einsatz kommt und durch Röhren oder röhrenförmige Behälter bewegbar und zur Überprüfung und zur Reinigung der Wände ausgeführt ist, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung untergebracht ist und vorzugsweise über Seile und/oder Zahnstangen bewegbar ist.
    7. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass statt entweder einer oder mehrerer Pumpen (22) ein oder mehrere Behälter über dem Destillator (1) angeordnet sind, aus denen mit Hilfe der Schwerkraft und vorzugsweise über ein oder mehrere Regelventile die Ausgangsflüssigkeit dem erfindungsgemäßen Destillator (1) oder mehreren erfindungsgemäßen Destillatoren zuführbar sind, dass vorzugsweise statt ein oder mehrerer Ventile (23, 26) ein oder mehrere Pumpen, z.B. Zahnradpumpen oder Schlauchpumpen, zur wohldosierten Förderung von Flüssigkeiten eingebaut sind, dass eine Füllstandsmessung (20, 25) für die Ausgangsflüssigkeit (4) und das Destillat (6) vorzugsweise einen Schwimmer zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit, durch kapazitive Messung, durch optische Messung, durch Ultraschallmessung oder durch Messung mit Mikrowellen oder Radar aufweist, dass die Vorrichtung eine Druckregelungseinrichtung zur Druckregelung durch die Leistung des Antriebs des oder der Kompressoren (7) aufweist und/oder dass Überdruck durch ein oder mehrere Überdruckventile ableitbar und/oder durch Ausschwenken des Spiegels abbaubar ist.
    10.
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    Österreichisches AT 521 595 B1 2021-11-15
    Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass sich der Destillator (1) in einem doppelwandigen evakuierten Rohr (13) befindet oder ein doppelwandig evakuiertes Rohr (13) als Behälter dient und z.B. aus Borosilikatglas besteht, wobei das äußere Rohr (14) lichtdurchlässig ist, das innere Rohr (15) lichtdurchlässig ist und dann vorzugsweise als Behälter (5) für das Destillat dient oder lichtabsorbierend ist, indem es mit einer sonnenstrahlenabsorbierenden Schicht (z.B. TiNox) überzogen ist, und dann als Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit dient, wobei die lichtdurchlässigen Rohre vorzugsweise die Reflexion der Sonnenstrahlung (2) reduzierende und die Infrarotstrahlung des Destillators reflektierende Schichten tragen, und, und wobei außerhalb des Bereiches, auf den die Sonnenstrahlen treffen, das doppelwandige Rohr (13) vorzugsweise ähnlich einem Dewargefäß zur verbesserten Wärmeisolation verspiegelt ist.
    Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der oder die Kompressoren (7), die zur Verdichtung des Dampfes dienen, als Strömungsverdichter, z.B. axialer, radialer oder diagonaler Turboverdichter, als Verdrängerverdichter, z.B. Rotationsverdichter, Rootsverdichter oder Schraubenverdichter, als Ventilator oder als Zentrifugalgebläse ausgeführt sind, wobei dieser oder diese Kompressoren (7) mit einem Motor, z.B. einem Elektromotor (43), einem Stirlingmotor, eine Strömungsmaschine, die durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit betreibbar ist, z.B. eine axiale, radiale (39) oder diagonale Turbine oder durch eine Verdrängermaschine, die durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit betreibbar ist, z.B. eine Rotationskolbenmaschine, antriebsverbunden sind, wobei im Falle des Antriebs des oder der Kompressoren (7) durch Strömungsmaschinen oder durch Verdrängermaschinen, der dafür benötigte Dampf der Ausgangsflüssigkeit vorzugsweise durch Rohrleitungen und/oder durch die dann hohl ausgeführte Antriebsachse (40) der oder den Strömungsmaschinen oder der oder den Verdrängermaschinen zuführbar ist, wobei die Leistung dieser Maschine/n vorzugsweise durch eine Drosselklappe, ein Waste-Gate oder durch Geometrieänderung varliierbar ist, dieser Dampf vorzugsweise kondensierbar ist, um zusätzliches Destillat zu erhalten, und diese Maschine/n vorzugsweise zusätzlich jeweils mit einen Stromgenerator antriebsverbunden sind, um vom Öffentlichen Stromnetz unabhängig zu sein, und der oder die Generatoren auch vorzugsweise als Motor verwendbar sind, und falls der oder die Kompressoren (7) nur durch jeweils einen Elektromotor (43) angetrieben sind, die Strömungsmaschine/n oder die Verdrängermaschine/n vorzugsweise jeweils mit einem Generator antriebsverbunden sind, um vom Öffentlichen Stromnetz unabhängig zu sein, und dass alle Geräte und/oder Kombinationen von Geräten mehrfach vorhanden sein können und zwischen allen Geräten vorzugsweise ein Getriebe zum Anpassen der Drehzahlen angeordnet ist.
    Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass ein oder mehrere Wärmetauscher (17) zum möglichst heißen Zufließen der Ausgangsflüssigkeit (8) durch Wärmeaufnahme aus dem Destillationsrückstand (9) in den Zu- und Ableitungen (8, 9, 10) eingebaut sind, wobei, wenn ein doppelwandiges evakuiertes Rohr (13) vorhanden ist, sich die Wärmetauscher (17) vorzugsweise zur verbesserten thermischen Isolation darin befinden, wobei vorzugsweise in und/oder auf den Wärmetauschern (17) ein oder mehrere Peltierelemente zur Erzeugung von elektrischen Strom für die Vorrichtung angeordnet sind, und/oder dass auf der Sonnenstrahlen absorbierenden Schicht und/oder an beliebiger Stelle Photovoltaikzellen angebracht sind, die vorzugsweise mit zumindest einem Elektromotor (43) des oder der Kompressoren (7) und/oder mit weiteren Teilen, z.B. der Spiegelsteuerung, Pumpenbetrieb und Ventilsteuerung, elektrisch verbunden ist, wobei die Verlustwärme der Photozellen und/oder die mit überschüssiger elektrischer Energie erzeugte Wärme vorzugsweise der Ausgangsflüssigkeit wieder zuführbar sind.
    Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Destillator (1) geneigt ist und im Wesentlichen normal zur Sonneneinstrahlung (2) ausrichtbar ist, mit einem Parabolrinnenspiegel (27), in dessen Brennlinie sich der Destillator (1) befindet, wobei die Anordnung aus Destillator (1) und Parabolrinnenspiegel (27) durch ein Gestell (28) in Position gehalten wird, ein Teil dieses Gestells (28) vorzugsweise durch ein Rohr (29)
    12.
    13.
    14.
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    in „D“-Form gebildet wird und der drehbar gelagerte Parabolrinnenspiegel oder das drehbar gelagerte Rohr mit dem fest verbundenen Parabolrinnenspiegel entsprechend den Beleuchtungsverhältnissen ausrichtbar ist, und, wenn der oder die Kompressoren (7) des Destillators mit einer oder mehreren Turbinen durch den Dampf der Ausgangsflüssigkeit antriebsverbunden sind, dieser Dampf vorzugsweise in das Rohr (29) zur dortigen Ansammlung leitbar ist und dort, vorzugsweise mit Hilfe eines zusätzlichen im Rohr befindlichen Kondensators, kondensierbar ist, dass vorzugsweise der Elevationswinkel des Destillators (1) und des Parabolrinnenspiegels (27) in Abhängigkeit des Sonnenstandes tageszeitlich mit Hilfe einer drehbaren Lagerung und eines Antriebs änderbar ist, dass vorzugsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung modular aufgebaut ist und diese Module vorzugsweise durch Schraub- und/oder Schnellverschlüsse zusammengehalten sind, wobei die modularen Komponenten z.B. der Destillator (1), der Spiegel (27), das Rohr (29) in „D“-Form und das Gestell (28) sind und das Rohr (29) zur Reinigung weiter teilbar, und dass erfindungsgemäße Vorrichtungen dieser Bauart vorzugsweise in Farmen parallel betreibbar und/oder hintereinander anordenbar sind, wobei der jeweilige Destillationsrückstand als Ausgangsflüssigkeit für den nächsten Destillator verwendbar ist, und im Falle der Meerwasserentsalzung der anfallende Destillationsrückstand, die Sole, vorzugsweise in Verdunstungsbecken zur Salzgewinnung leitbar ist.
    Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Destillator (1) entweder waagrecht, oder leicht abfallend, weitgehend in Nord-Süd-Richtung anordenbar ist, mit einem oder mehreren drehbar befestigten Parabolrinnenspiegeln (27), in deren Brennlinie sich die Mitte des Destillators (1) oder der Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit befindet, wobei der Destillator an einem Ende (30) nach oben gebogen ist, damit die Ausgangsflüssigkeit und das Destillat nicht in den Kompressor oder in die Turbine fließt, am anderen Ende (31) nach unten gebogen ist, damit dort das Destillat abzapfbar sind, das Ende (30) des Destillators in dem sich der Kompressor befindet, vorzugsweise gering erhöht angeordnet ist, damit der Dampf in dem Destillator leichter entweichen kann und die Nachführung tageszeitlich abhängig durch einen Antrieb so automatisch durchführbar ist, damit der Destillator (1) oder der oder die Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit mit der reflektierten und fokussierten Sonnenstrahlung (2) bestrahlbar ist, und dass erfindungsgemäße Vorrichtungen dieser Bauart vorzugsweise in Farmen parallel betreibbar und/oder vorzugsweise hintereinander anordenbar sind, wobei der jeweilige Destillationsrückstand als Ausgangsflüssigkeit für den nächsten Destillator verwendbar ist, und im Falle der Meerwasserentsalzung der anfallende Destillationsrückstand, die Sole, vorzugsweise in Verdunstungsbecken zur Salzgewinnung leitbar ist.
    Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Destillator (1) vertikal als Solarturm (32) ausgeführt ist und von Spiegeln (33) zum Lenken des Sonnenlichts (2) auf den Solarturm (32) umgeben ist, wobei dafür jeder Spiegel (33), der vorzugsweise rechteckig ausgeführt ist, tages- und jahreszeitlich oder bezüglich der hellsten Stelle am Himmel ausrichtbar ist, damit die Sonnenstrahlung (2) auf den turmförmigen Destillator (32) oder auf den oder die Behälter (3) für die Ausgangsflüssigkeit richtbar und vorzugsweise dort möglichst gleichmäßig verteilbar ist, dass der Solarturm (32) vorzugsweise auf einem Podest (34) steht, damit er gegebenenfalls in seiner gesamten Länge anstrahlbar ist und dass erfindungsgemäße Vorrichtungen dieser Bauart vorzugsweise parallel betreibbar und/oder hintereinander anordenbar sind, wobei der jeweilige Destillationsrückstand als Ausgangsflüssigkeit für den nächsten Destillator verwendbar ist, und im Falle der Meerwasserentsalzung der anfallende Destillationsrückstand, die Sole, vorzugsweise in Verdunstungsbecken zur Salzgewinnung leitbar ist.
    Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Ausgangsflüssigkeit (4) zu- (8) und abgeführt (9) und die Zuund Abflussmenge so geregelt wird, dass der Pegel der Ausgangsflüssigkeit (4) in einem gewissen Bereich bleibt, damit keine Flüssigkeit in den optionalen Spritzschutz (21), einen optional eingebauten Filter (24) und/oder in den oder die Kompressoren (7) gelangt, und die Ausgangsflüssigkeit flüssige Konsistenz behält, und dass das Destillat (6) kontinuierlich ab-
    geleitet (10) und die Abflussmenge so geregelt wird, dass der Pegel des Destillates über der oder den Ableitungen (10) steht, damit kein Dampf entweichen kann, und vorzugsweise möglichst niedrig bleibt, damit eine größtmögliche Oberfläche für die Kondensation des Dampfes vorhanden ist, wobei die Füllstandsregelung der Flussmenge der zu- und abgeführten Flüssigkeiten (4, 6) händisch oder automatisiert, z.B. elektronisch und/oder mechanisch, erfolgt, vorzugsweise Sensoren (20, 25) den Pegelstand an die Füllstandsregelung (18) übertragen, um ein Steuersignal für Ventile und/oder Pumpen (22, 23, 26) zu erzeugen und/oder vorzugsweise Schaugläser eingebaut sind, um den oder die Pegel der Flüssigkeiten (4,6) sichtbar zu machen.
    Hierzu 10 Blatt Zeichnungen
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