DE10047522A1 - Device for solar drinking water production from sea or brackish water - Google Patents
Device for solar drinking water production from sea or brackish waterInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur solaren Trinkwassererzeugung aus Meer- oder Brackwasser. Diese Vorrichtung besteht aus einem allseitig geschlossenen, thermisch hochisolierten und in Schräglage aufgestellten Gehäuse (2), dessen der Sonne zugewandte Frontfläche (13) durch eine lichtdurchlässige Scheibe verschlossen ist. Im Gehäuse (2) befindet sich eine Verdampfungsfläche (3), die den Gehäuseinnenraum in einen oberen Verdampfungsraum (4) und einen unteren Kondensationsraum (5) unterteilt. Der Verdampfungsraum (4) und der Kondensationsraum (5) stehen am oberen und unteren Ende der Verdampfungsfläche (3) strömungsseitig in Verbindung, so daß die eingeschlossenen Luftmassen im Gehäuse zirkulieren können. Am unteren Ende der Verdampfungsfläche (3) ist eine Solewanne (6) angeordnet, die von der Verdampfungsfläche (3) abtropfende Sole (14) auffängt, wobei die Solewanne (6) mit einem Überlauf (7) versehen ist. Am unteren Ende des Kondensationsraums (5), in dem mindestens ein erster Kondensator (9) angeordnet ist, befindet sich ein Trinkwasserablauf (8). Aufgabe der Erfindung ist es, diese Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß eine wesentliche Steigerung der Ausbeute an Trinkwasser erreicht werden kann, so daß sich derartige Vorrichtungen wirtschaftlich rechnen. Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei der oben beschriebenen Vorrichtung dadurch, daß von der Solewanne (6) eine Zuleitung (20) mit integrierter Pumpe (21) zum Einlauf des mindestens einen ersten ...The present invention relates to a device for solar drinking water production from sea or brackish water. This device consists of a housing (2) which is closed on all sides, thermally highly insulated and set in an inclined position, the front surface (13) of which faces the sun is closed by a translucent pane. In the housing (2) there is an evaporation surface (3) which divides the interior of the housing into an upper evaporation space (4) and a lower condensation space (5). The evaporation chamber (4) and the condensation chamber (5) are connected on the flow side at the upper and lower ends of the evaporation surface (3), so that the enclosed air masses can circulate in the housing. At the lower end of the evaporation surface (3) there is a brine trough (6) which collects brine (14) dripping from the evaporation surface (3), the brine trough (6) being provided with an overflow (7). At the lower end of the condensation chamber (5), in which at least one first condenser (9) is arranged, there is a drinking water outlet (8). The object of the invention is to further develop this device so that a significant increase in the yield of drinking water can be achieved, so that such devices pay off economically. The object is achieved in the device described above in that a feed line (20) with an integrated pump (21) for the inlet of the at least one first ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur so laren Trinkwassererzeugung aus Meer- oder Brackwasser (nachfol gend, auch in den Patentansprüchen, mit "Salzwasser" abgekürzt) gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The present invention relates to a device for so laren drinking water production from sea or brackish water (follow (also in the patent claims, abbreviated to "salt water") according to the features of the preamble of claim 1.
In vielen Regionen dieser Erde, insbesondere Afrikas, be steht großer Bedarf an Trinkwasser, der aus vorhandenen, natür lichen Ressourcen nur unbefriedigend gedeckt werden kann. Da in diesen Regionen immer starke Sonneneinstrahlung vorhanden ist, lag und liegt es nahe, die Sonnenenergie zur Trinkwassererzeu gung durch eine Entsalzung von Salzwasser heranzuziehen. Dabei besteht aufgrund einer nicht vorhandenen oder nur schwach ausge bildeten Infrastruktur sowie aufgrund von Fachpersonalmangel das Bedürfnis nach autarken, robusten, einfach zu bedienenden, wirt schaftlich zu errichtenden und zu betreibenden, insbesondere de zentralen, kleinen Anlagen.In many regions of the world, especially Africa, be there is a great need for drinking water that comes from existing, natural resources can only be met unsatisfactorily. There in there is always strong solar radiation in these regions, it was and is obvious to use solar energy to produce drinking water by desalination of salt water. there exists due to a nonexistent or poorly formed infrastructure as well as due to a lack of specialists Need for self-sufficient, robust, easy-to-use hosts to be erected and operated economically, especially de central, small plants.
Die bisherigen Leistungsbereiche kleiner Solardestillen lie gen etwa zwischen drei bis sechs Litern Trinkwassern pro Tag und Quadratmeter (L/Tag m2). Diese geringe Leistung steht in keinem Verhältnis zu den dafür aufzuwendenden Investitions- und Be triebskosten. Aus diesem Grunde haben sich derartige Vorrichtun gen zur solaren Trinkwassererzeugung in der Praxis bisher nicht durchsetzen können.The previous performance ranges of small solar stills were between three to six liters of drinking water per day and square meter (L / day m 2 ). This low output is disproportionate to the investment and operating costs. For this reason, such devices for solar drinking water production have so far not been able to establish themselves in practice.
Aus der DE 38 29 725 C2 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Dabei handelt es sich um eine kleine, dezentral ein setzbare Vorrichtung, die zudem einfach zu bedienen und robust ist. Allerdings haben praktische Erfahrungen gezeigt, daß eine angestrebte Leistung von bis zu 20 L/Tag m2 bei weitem nicht er reichbar ist, so daß trotz einem geringen Materialaufwand auch hier die Wirtschaftlichkeit in Frage zu stellen ist.A generic device is known from DE 38 29 725 C2. It is a small, decentrally insertable device that is also easy to use and robust. However, practical experience has shown that the desired output of up to 20 L / day m 2 is far from being achievable, so that, despite the low cost of materials, the economy must also be questioned here.
Bei der Vorrichtung gemäß DE 38 29 725 C2 baut sich aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen den heißen Luftmassen im Ver dampfungsraum und den kühleren Luftmassen im Kondensationsraum eine eigenständige Zirkulation der Luftmassen auf. Dadurch ist eine Trinkwassergewinnung aus den heißen, aus dem Verdampfungs raum kommenden, wasserdampfgesättigten Luftmassen, die an dem Kondensator vorbeiströmen, möglich. Die durch die Kondensation des Trinkwassers rückgewonnene Wärme heizt das durch den Konden sator als Kühlmedium strömende Salzwasser auf, welches anschlie ßend zur weiteren Aufheizung durch einen in der Solewanne ange ordneten Wärmetauscher und durch einen Zusatzerhitzer, der in einem der Sonne zugewandten Rahmen des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist, geführt wird. Auf diese Weise werden Vorlauftem peraturen des Salzwassers von über 80°C erreicht. Mit dieser Temperatur fließt das Salzwasser auf die Verdampfungsfläche und verdampft dort unter Einwirkung der Sonnenstrahlung. Die durch die Verdampfung konzentrierte Sole fließt auf der Verdampfungsfläche nach unten und tropft dort in eine Solewanne, die einen Überlauf besitzt. Das verdampfte Wasser wird von den aufgeheiz ten Luftmassen auf deren Zirkulationsweg zum Kondensator getra gen und kondensiert dort. Das so gewonnene Trinkwasser sammelt sich in einem tiefer gelegenen Punkt der Vorrichtung und wird von dort nach außen abgeführt.In the device according to DE 38 29 725 C2 builds due to an imbalance between the hot air masses in the ver steam room and the cooler air masses in the condensation room an independent circulation of the air masses. This is a drinking water extraction from the hot, from the evaporation coming in, water vapor-saturated air masses on the Flowing past the condenser, possible. That through condensation the heat recovered from the drinking water heats it up through the condensate sator as cooling medium flowing salt water, which then ßend for further heating by one in the brine tub arranged heat exchanger and by an additional heater which in a frame of the housing of the device facing the sun is arranged, is performed. In this way, forerunners temperatures of the salt water of over 80 ° C reached. With this Temperature, the salt water flows onto the evaporation surface and evaporates there under the influence of solar radiation. By the evaporation concentrated brine flows on the evaporation surface down there and drips into a brine tub that one Overflow. The evaporated water is heated up by the air masses on their circulation path to the condenser and condenses there. The drinking water obtained in this way collects and will be in a lower point of the device dissipated from there to the outside.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsge mäße Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß eine wesentliche Steigerung der Ausbeute an Trinkwasser erreicht werden kann, so daß sich derartige Vorrichtungen wirtschaftlich rechnen.The object of the present invention is a genus moderate device to develop so that an essential Increasing the yield of drinking water can be achieved that such devices pay off economically.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung ge löst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.According to the invention, this object is achieved with a device solves, which has the features of claim 1.
Die vorliegende Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß durch die zur Verdampfung erforderliche Energie eine Abkühlung der So le in einem derartigen Maße herbeigeführt wird, daß allein auf grund des daraus resultierenden Temperaturgefälles eine fast vollständige Kondensation des verdampften Wassers aus der zirku lierenden Luftphase erfolgen kann. Dem Kondensator wird daher Sole aus der Solewanne als Kühlmittel zugeführt. Die Sole er wärmt sich im Kondensator so stark (bis auf ca. 90 bis 95°C), daß sie nach dem Verlassen des Kondensators direkt der Verdamp fungsfläche zugeführt werden kann und dort für einen Zyklus der Wassergewinnung zur Verfügung steht.The present invention takes advantage of the knowledge that by the energy required for evaporation is a cooling of the sun le is brought to such a degree that alone on due to the resulting temperature gradient, an almost complete condensation of the evaporated water from the circu air phase. The capacitor is therefore Brine from the brine tub supplied as a coolant. The brine he heats up so much in the condenser (up to approx. 90 to 95 ° C), that they leave the evaporator directly after leaving the condenser can be supplied and there for a cycle of Water extraction is available.
Da aufgrund der Kondensation und des Soleaustrags über den Überlauf dem System ständig Wasser entzogen wird, muß dieses Wasser im gleichen Maße ersetzt werden. Das geschieht erfin dungsgemäß dadurch, daß frisches Salzwasser entsprechend dosiert der Solewanne zugeführt wird, von wo es wieder in den Kreislauf gelangt.Because of the condensation and the brine discharge over the Overflow from the system is constantly withdrawn water, this must Water to be replaced to the same extent. That happens invented appropriately in that fresh salt water dosed accordingly the brine tub is fed from where it returns to the cycle arrives.
Versuche mit nicht optimierten Prototypen dieser Vorrichtung haben Ausbeuten an Trinkwasser von bis zu 20 L/Tag m2 ergeben. Dieser Ertrag liegt um den Faktor 3 über dem bisher bekannter Konstruktionen. Durch Optimierung der Vorrichtung werden noch höhere Leistungen möglich sein.Experiments with non-optimized prototypes of this device have yields of drinking water of up to 20 L / day m 2 . This yield is a factor of 3 above that of previously known constructions. Even higher performance will be possible by optimizing the device.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in die vom Auslauf des mindestens einen ersten Kondensators zur Verdamp fungsfläche führenden Zuführungsleitung ein sonnenenergiebeheiz ter Zusatzerhitzer zwischengeschaltet. Dieser Zusatzerhitzer kann separat vom Gehäuse der Vorrichtung aufgestellt und durch entsprechend isolierte Rohrleitungen mit diesem verbunden sein. Vorteilhafter ist es aber, diesen Zusatzerhitzer in das Gehäuse zu integrieren. In diesem Falle besteht er aus einem im Rahmen des Gehäuses angeordneten Rohrleitungssystem (Solarzelle).In an advantageous embodiment of the invention is in the Outlet of the at least one first condenser to the evaporator supply surface leading supply line a solar energy heating ter additional heater interposed. This auxiliary heater can be set up separately from the housing of the device and by Correspondingly insulated pipes must be connected to it. However, it is more advantageous to place this additional heater in the housing to integrate. In this case it consists of a frame of the housing arranged piping system (solar cell).
Dadurch, daß die Sole nach dem Kondensator über den Zusat zerhitzer geführt wird, erfolgt eine weitere Aufheizung auf ca. 95 bis 99°C, so daß Betriebstemperaturen der Vorrichtung von bis zu ca. 110°C erreicht werden können. Diese hohen Betriebstempe raturen intensivieren die Zirkulation der Luftmassen innerhalb des Gehäuses, wodurch eine weitere Steigerung der Ausbeute an Trinkwasser erreicht wird.The fact that the brine after the condenser via the add heater is heated, there is a further heating to approx. 95 to 99 ° C, so that operating temperatures of the device from to can be reached at approx. 110 ° C. This high operating temperature fittings intensify the circulation of the air masses within of the housing, thereby further increasing the yield Drinking water is reached.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der mindestens eine erste Kondensator im Bereich des oberen Endes des Kondensationsraums, also an der heißesten Stel le dieses Raums, angeordnet. Diese Maßnahme verstärkt die sich autark aufbauende Luftmassenzirkulation, da die "Unbalance", d. h. der Dichteunterschied der Luftmassen, zwischen Kondensati onsraum und Verdampfungsraum erhöht wird.In an advantageous embodiment of the present Er is the at least one first capacitor in the range of upper end of the condensation space, i.e. at the hottest point le of this room. This measure reinforces itself self-sufficient air mass circulation, because the "unbalance", d. H. the difference in density of air masses, between condensates onsraum and evaporation space is increased.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Zirkulationsweg der Luftmassen neben dem wenigstens einen ersten Kondensator wenigstens ein zweiter Kondensator angeord net, dessen Einlauf durch eine Zuleitung mit integrierter Pumpe mit einem Salzwasser-Reservoir verbunden und dessen Ablauf durch eine Ableitung in das Salzwasser-Reservoir eingebunden ist. Über diesen wenigstens einen zusätzlichen Kondensator wird also Salz wasser aus dem Reservoir im Kreislauf zu diesem zurückgeführt. Diese zusätzliche Kühlung trägt zur Optimierung der Destillat- Produktion bei. Sie bedingt aber auch einen Energieverlust, da durch sie ständig Wärme aus dem System abgeführt wird. Es ist daher zweckmäßig, diese Wärme zu nutzen. Das geschieht in Wei terbildung der Erfindung dadurch, daß diese Wärme in das Salz wasser-Reservoir eingeschichtet wird. Dazu ist die Zuleitung zum Kondensator in den unteren und die Ableitung vom Kondensator in den oberen Bereich des Salzwasser-Reservoirs eingebunden. Da durch wird dem Kondensator immer relativ kühles Salzwasser zur Verfügung gestellt und trotzdem Kondensationsenergie in das Re servoir eingestellt. Es ist natürlich zweckmäßig, wenn das Salz wasser-Reservoir thermisch isoliert ist, damit Abstrahlverluste der eingespeicherten Wärme vermieden, zumindest aber stark ver mindert werden. Mit der im Salzwasser-Reservoir gespeicherten Wärme kann, wenn auch nur im geringen Maße, auch dann noch Trinkwasser produziert werden, wenn die Sonne nicht mehr scheint (Nachtkondensation), indem das Salzwasser aus diesem Reservoir der Verdampfungsfläche zugeführt wird. In a preferred embodiment of the invention is on the circulation path of the air masses next to the at least one first capacitor arranged at least one second capacitor net, its inlet through a feed line with an integrated pump connected to a salt water reservoir and its drain through a drain is integrated into the salt water reservoir. about this at least one additional capacitor becomes salt water from the reservoir is recycled to the circuit. This additional cooling helps to optimize the distillate Production at. But it also causes a loss of energy, because through it, heat is continuously removed from the system. It is therefore appropriate to use this heat. That happens in Wei terbildung the invention in that this heat in the salt water reservoir is layered. This is the supply line to Capacitor in the bottom and the derivative from the capacitor in the upper part of the salt water reservoir. because through the condenser is always relatively cool salt water Provided and still condensation energy in the Re servoir set. It is of course convenient if the salt water reservoir is thermally insulated so that radiation losses the stored heat avoided, but at least strongly ver be reduced. With the stored in the salt water reservoir Even if only to a small extent, heat can still do so Drinking water can be produced when the sun is no longer shining (Night condensation) by removing the salt water from this reservoir is supplied to the evaporation surface.
Weiter oben wurde bereits erwähnt, daß das dem System durch Destillation entzogene Wasser durch die Zuführung von frischem Salzwasser in die Solewanne ausgeglichen wird. Es ist zweckmä ßig, wenn dieses zur Auffüllung erforderliche Salzwasser über einen Bypass aus der von dem wenigstens einen zweiten Kondensa tor kommenden Ableitung abgezweigt wird, da das Salzwasser dann schon etwas erwärmt der Solewanne zufließt.It was mentioned earlier that this is caused by the system Distilled water removed by adding fresh water Salt water is balanced in the brine bath. It is appropriate ßig if this salt water required for filling up a bypass from the at least one second condenser Tor coming discharge is branched off, since the salt water a little warmed up the brine tub flows in.
Schließlich ist die Vorrichtung durch weitere, ihre Kompo nenten verbindende Rohrleitungen und durch Schaltventile zum Zu- und Abschalten von Rohrleitungen komplettiert, um verschiedene Betriebsweisen realisieren zu können.Finally, the device is further, their compo connecting pipes and switching valves for connection and shutdown of pipelines completed to various To be able to implement operating modes.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:The invention is illustrated below with reference to embodiments play explained in more detail. In the accompanying drawing:
Fig. 1 in sehr schematischer Weise eine erfin dungsgemäße Vorrichtung in ihrem Grundauf bau, wobei Verbindungsrohrleitungen und darin angeordnete Ventile aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser Darstellung weggelassen worden sind, Fig. 1 construction in its ground up in a very schematic manner, a dung OF INVENTION proper device, said connecting pipes and valves disposed therein for reasons of clarity have been omitted in this illustration,
Fig. 2 ein Fließschema zum Betrieb einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung in einem optimalen Dauerbetrieb, Fig. 2 is a flowchart for operation of a device OF INVENTION to the invention in an optimum continuous operation,
Fig. 3 ein Fließschema zum Betrieb der erfindungs gemäßen Vorrichtung in einem Anfahrbetrieb und Fig. 3 is a flow chart for operating the device according to the Invention in a start-up operation and
Fig. 4 ein Fließschema zum Betrieb einer erfin dungsgemäßen Anlage im Nachtkondensations betrieb. Fig. 4 is a flow chart for the operation of an inventive system in night condensation operation.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zur so laren Trinkwassererzeugung (Solardestille) besteht aus einem thermisch hochisolierten Gehäuse 2, welches in einer Schräglage zur Horizontalen aufgestellt ist. Auf der der Sonneneinstrahlung 11 zugewandten Vorderseite des Gehäuses 2 ist ein Zusatzerhitzer 12 in den Gehäuserahmen integriert. Diese Vorderseite 13 des Ge häuses 2 ist in bekannter Weise aus einem Verbund aus sonnen lichtdurchlässigen Glasscheiben und Folien gebildet. In dem Ge häuse 2 ist eine schwarze Verdampfungsfläche 3 angeordnet, die den Gehäuseinnenraum in einen oberen Verdampfungsraum 4 und ei nen unteren Kondensationsraum 5 unterteilt, wobei die Verdamp fungsfläche 3 den Kondensationsraum 5 gegen den Verdampfungsraum 4 abschattet und in einem gewissen Maße auch thermisch isoliert. Am unteren Ende des Kondensationsraumes 5 ist eine Solewanne 6 mit einem Überlauf 7 angeordnet. Unterhalb der Solewanne 6 be findet sich ein Ablauf 8 für das destillierte Wasser. Am ande ren, oberen Ende des Kondensationsraumes 5 ist ein erster Kon densator 9 und ein zweiter Kondensator 10 vorgesehen.The apparatus shown schematically in Fig. 1 1 for producing drinking water so stellar (Solardestille) consists of a highly thermally insulated casing 2 which is placed in an inclined position to the horizontal. An additional heater 12 is integrated in the housing frame on the front side of the housing 2 facing the solar radiation 11 . This front 13 of the Ge housing 2 is formed in a known manner from a composite of sun-permeable glass panes and foils. In the Ge housing 2 , a black evaporation surface 3 is arranged, which divides the interior of the housing into an upper evaporation space 4 and a lower condensation space 5 , the evaporation surface 3 shading the condensation space 5 against the evaporation space 4 and to a certain extent also thermally insulated. At the lower end of the condensation chamber 5 , a brine tank 6 with an overflow 7 is arranged. Below the brine tub 6 there is a drain 8 for the distilled water. At the other ren, upper end of the condensation chamber 5 , a first capacitor 9 and a second capacitor 10 is provided.
Ein Dauerbetrieb der oben stehend beschriebenen Solardestil le 1 wird nachstehend anhand eines in Fig. 2 dargestellten Fließschemas erläutert, aus dem auch die rohrleitungsseitigen Verbindungen der Baugruppen der Solardestille 1 hervorgehen.Continuous operation of the solar distile le 1 described above is explained below with reference to a flow diagram shown in FIG. 2, from which the pipeline-side connections of the assemblies of the solar still 1 also emerge.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß in der Solardestille 1 zwei Kreisläufe 15, 16 für flüssige Medien, nämlich Salzwasser 26 und Sole 14 realisiert sind. Im Kreislauf 15 wird Salzwasser 26 aus einem thermisch isolierten Salzwasser-Reservoir 17, welches z. B. ein Faß oder ein sonstiges Behältnis sein kann und ständig je nach Verbrauch mit Salzwasser 26 aufgefüllt wird, über eine Zuleitung 18 und eine darin integrierte Pumpe 19 dem Kondensator 10 zugeführt. Nach dem Durchströmen dieses Kondensators 10 fließt das Salzwasser 26 über eine Abführleitung 27 wieder dem Salzwasser-Reservoir 17 zu.From Fig. 2 it can be seen that two circuits 15 , 16 for liquid media, namely salt water 26 and brine 14 are realized in the solar still 1 . In the circuit 15 is salt water 26 from a thermally insulated salt water reservoir 17 , which, for. B. can be a barrel or another container and is constantly filled up depending on consumption with salt water 26 , supplied via a feed line 18 and a pump 19 integrated therein to the condenser 10 . After flowing through this condenser 10 , the salt water 26 flows back to the salt water reservoir 17 via a discharge line 27 .
Im Kreislauf 16 wird Sole 14 aus der Solewanne 6 über eine in die Zuleitung 20 integrierte Pumpe 21 zum Einlauf des Konden sators 9 gefördert. Nach dem Verlassen des Kondensators 9 strömt die Sole 14 über eine Zuleitung 22 in den Zusatzerhitzer 12 und von dort an das obere Ende der Verdampfungsfläche 3, der sie mit einer sehr hohen Vorlauftemperatur, wie sich aus den weiter un ten stehenden Erläuterungen noch ergibt, aufgegeben wird.In the circuit 16 , brine 14 is conveyed from the brine tub 6 via a pump 21 integrated in the feed line 20 to the inlet of the condenser 9 . After leaving the condenser 9 , the brine 14 flows via a feed line 22 into the auxiliary heater 12 and from there to the upper end of the evaporation surface 3 , which is given up at a very high flow temperature, as can be seen from the explanations below becomes.
Die stark vorgeheizte Sole 14 fließt auf der schwarzen Ver dampfungsfläche 3 nach unten und wird auf diesem Wege durch die Sonneneinstrahlung 11 verdampft, was durch die Pfeile 23 in Fig. 1 angedeutet ist. Am unteren Ende der Verdampfungsfläche 3 fließt bzw. tropft die Sole 14 in die Solewanne 6 und steht für einen weiteren Kreislauf zur Verfügung. Der beschriebene Ver dampfungsprozeß führt trotz Sonneneinstrahlung stets zu einer deutlichen Abkühlung der Sole 14, so daß diese der Solewanne 6 mit einer Temperatur von ca. 70-75°C zufließt.The strongly preheated brine 14 flows down on the black evaporation surface 3 and is vaporized in this way by the solar radiation 11 , which is indicated by the arrows 23 in FIG. 1. At the lower end of the evaporation surface 3 , the brine 14 flows or drips into the brine tub 6 and is available for another cycle. The described evaporation process always leads to a significant cooling of the brine 14 despite solar radiation, so that it flows into the brine tub 6 at a temperature of about 70-75 ° C.
Aufgrund der Dichteunterschiede der Luftmassen im Verdamp fungsraum 4 (heiß, viel Wasser in der Gasphase) und im Kondensa tionsraum 5 (kühl, wenig Wasser in der Gasphase) baut sich im Gehäuse 2 der Solardestille 1 autark eine Luftmassenzirkulation auf, die in Fig. 1 durch die Pfeile 24 angedeutet ist. Diese Pfeile 24 sind schraffiert gezeichnet, wobei eine enger werdende Schraffur höhere Temperaturen der Luftmassen symbolisieren soll. Dieser Symbolik ist zu entnehmen, daß die Luftmassen nach dem Überstreichen der Kondensatoren 9 und 10 am kühlsten sind, sich dann zunächst beim Überstreichen der Sole 14 in der Solewanne 6 aufwärmen. Im Verdampfungsraum 3 erfolgt dann eine weitere Auf heizung, so daß die Luftmassen am oberen Übergang vom Verdamp fungsraum 4 zum Kondensationsraum 5 ihre höchste Temperatur ha ben. Diese heißen Luftmassen sind stark mit Wasserdampf angerei chert und strömen aufgrund der selbsttätigen Zirkulation in den Kondensationsraum 5. Dort treffen sie auf den solegekühlten Kon densator 9, an dem aufgrund des Temperaturgefälles zwischen der relativ kühlen Sole 14 und den aufgeheizten Luftmassen eine Kon densation des verdampften Wassers erfolgt. Nach dem Kondensator 9 strömen die nun schon abgekühlten Luftmassen zu dem salzwas sergekühlten Kondensator 10. Da das Salzwasser 26 kühler als die Sole 14 ist, ist trotz der Abkühlung der Luftmassen am Kondensa tor 9 noch ein ausreichendes Temperaturgefälle für eine weitere Kondensation vorhanden. Neben der Kondensation an den Kondensa toren 9 und 10 findet natürlich auch eine Kondensation an der relativ kühlen Unterseite der Verdampfungsfläche 3 sowie an den Gehäusewänden des Kondensationsraumes 5 statt. Das kondensierte Trinkwasser strömt auf der unteren Gehäusewand sowie auf der Un terseite der Verdampfungsfläche 3 nach unten und wird dort über den Ablauf 8 nach außen abgeführt. An der Unterseite der Ver dampfungsfläche 3 ist vor der Solewanne 6 ein Abtropfsteg 25 an geordnet (Fig. 1), der dafür sorgt, daß bisher noch nicht von der Unterseite der Verdampferfläche 3 abgetropftes Kondenswasser zur unteren Gehäusewand abtropft. Due to the density differences of the air masses in the evaporation chamber 4 (hot, lots of water in the gas phase) and in the condensation room 5 (cool, little water in the gas phase), an air mass circulation is built up in the housing 2 of the solar still 1 , which is shown in FIG. 1 is indicated by the arrows 24 . These arrows 24 are drawn with hatching, with a tightening hatching symbolizing higher temperatures of the air masses. This symbolism shows that the air masses are coolest after the capacitors 9 and 10 have been swept over, then warm up first when the brine 14 is swept over in the brine tub 6 . In the evaporation chamber 3 there is then a further heating, so that the air masses at the upper transition from the evaporation chamber 4 to the condensation chamber 5 have their highest temperature. These hot air masses are strong chert angerei with water vapor and flow due to the automatic circulation in the condensation chamber. 5 There they meet the brine-cooled condenser 9 , where a condensation of the evaporated water takes place due to the temperature gradient between the relatively cool brine 14 and the heated air masses. After the condenser 9 , the air masses, which have already cooled, flow to the salt-water-cooled condenser 10 . Since the salt water 26 is cooler than the brine 14 , a sufficient temperature gradient is still available for further condensation despite the cooling of the air masses at the capacitor 9 . In addition to the condensation on the capacitors 9 and 10 there is of course also condensation on the relatively cool underside of the evaporation surface 3 and on the housing walls of the condensation space 5 . The condensed drinking water flows down on the lower housing wall and on the underside of the evaporation surface 3 and is discharged there via the outlet 8 to the outside. On the underside of the evaporation surface 3 , a drainer 25 is arranged in front of the brine tub 6 ( FIG. 1), which ensures that condensed water has not yet dripped from the underside of the evaporator surface 3 to the lower housing wall.
Wie oben bereits erwähnt, strömt die Sole 14 dem Kondensator 9 mit einer Temperatur von ca. 70-75°C zu. Die Sole 14 wird im Kondensator 9 weiter aufgeheizt und verläßt diesen mit ca. 90°C. Im Zusatzerhitzer 12 erfolgt dann eine weitere Aufheizung auf ca. 95-99°C, so daß die Sole 14 schon kurz vor der Verdampfung stehend, der Verdampfungsfläche 3 aufgegeben wird.As already mentioned above, the brine 14 flows to the condenser 9 at a temperature of approx. 70-75 ° C. The brine 14 is further heated in the condenser 9 and leaves it at approximately 90 ° C. In the additional heater 12 there is then a further heating to approximately 95-99 ° C., so that the brine 14 , just before evaporation, is given up to the evaporation surface 3 .
Das im Kreislauf 15 geführte Salzwasser 26 erfährt im Kon densator 10 eine Erwärmung. Diese Kondensationswärme wird dem System entzogen und muß durch Sonneneinstrahlung 11 kompensiert werden. Um diese Wärme energetisch zu nutzen, wird sie in das wärmeisolierte Salzwasser-Reservoir 17 eingeschichtet. Dort steht sie für eine Nachtkondensation, wie weiter unten noch er läutert wird, zur Verfügung. Diese Einschichtung wird einfach dadurch realisiert, daß die zum Kondensator 10 führende Zulei tung 18 in den unteren Bereich und die vom Kondensator 10 kom mende Ableitung 27 in den oberen Bereich des Salzwasser- Reservoirs 17 eingebunden ist. Dadurch wird gleichzeitig auch dafür gesorgt, daß der Kondensator 10, bezogen auf den Wärmein halt des Salzwasser-Reservoirs 17, immer mit relativ kühlem Salzwasser 26 beschickt wird.The salt water 26 conducted in the circuit 15 experiences heating in the capacitor 10 . This heat of condensation is withdrawn from the system and must be compensated for by solar radiation 11 . In order to use this heat energetically, it is layered in the heat-insulated salt water reservoir 17 . There it is available for night condensation, as will be explained below. This stratification is realized simply by the fact that the conduit 10 leading to the conduit 18 in the lower region and the coming from the condenser 10 coming derivative 27 is integrated in the upper region of the salt water reservoir 17 . This also ensures that the condenser 10 , based on the heat content of the salt water reservoir 17 , is always charged with relatively cool salt water 26 .
Da den internen Kreisläufen der Solardestille 17 aufgrund der Destillation ständig Wasser entzogen wird, muß dem System im gleichen Maße Wasser zugeführt werden. Das geschieht dadurch, daß der Solewanne 6 über einen von der vom Kondensator 10 kom menden Ableitung 27 abgezweigten Bypass 28 Salzwasser 26 zuge führt wird.Since water is constantly withdrawn from the internal circuits of the solar still 17 due to the distillation, water must be supplied to the system to the same extent. This is done in that the brine tub 6 is supplied via a bypass from the condenser 10 coming line 27 bypass 28 salt water 26 supplied.
In der oben beschriebenen Betriebsweise hat die Solardestil le ihren leistungsstärksten Betriebszustand. In the mode of operation described above, the solar style le their most powerful operating state.
Im Hinblick auf weitere Betriebsweisen der Solardestille 1 sei an dieser Stelle erwähnt, daß in der Zuleitung 18 vom Salz wasser-Reservoir 17 zum Kondensator 10 und in der Ableitung 27 nach dem Kondensator 10 Magnetventile 29 bzw. 30 angeordnet sind. Aus dem gleichen Grunde sind in der Zuleitung 20 aus der Solewanne 6 zum Kondensator 9 Magnetventile 31 bis 34 vorhanden.With regard to further modes of operation of the solar still 1 , it should be mentioned at this point that solenoid valves 29 and 30 are arranged in the supply line 18 from the salt water reservoir 17 to the condenser 10 and in the derivation 27 after the condenser 10 . For the same reason, solenoid valves 31 to 34 are present in the feed line 20 from the brine tub 6 to the condenser 9 .
Zum Anfahren der Solardestille 1 wird eine andere Betriebs weise bevorzugt, die nachstehend anhand des in Fig. 3 gezeigten Fließschemas erläutert wird.Another mode of operation is preferred for starting the solar still 1 , which is explained below with reference to the flow diagram shown in FIG. 3.
In diesen Betriebszustand begibt sich die Solardestille 1 sobald eine hinreichende Sonneneinstrahlung 11 von einem nicht dargestellten Photosensor registriert wird, vorausgesetzt, die Solarwanne 6 ist ausreichend gefüllt.The solar still 1 enters this operating state as soon as sufficient solar radiation 11 is registered by a photosensor (not shown), provided the solar trough 6 is sufficiently filled.
Um diese Betriebsweise fahren zu können, werden die Magnet ventile 33 und 34 in der Zuleitung 20 zum Kondensator 9 sowie die Magneten 29 und 30 im Kreislauf 15, der dadurch unterbunden wird, geschlossen. Statt dessen wird ein Magnetventil 35 in ei nem Bypass 42 von der Zuleitung 20 zum Kondensator 10 geöffnet. Die aus der Solewanne 6 durch die Pumpe 21 geförderte Sole 14 durchströmt aufgrund dieser Schaltung zunächst den Kondensator 10, dann den Kondensator 9 und anschließend den Zusatzerhitzer 12 und gelangt auf diesem Wege auf die Verdampfungsfläche 3. Dieser Betriebszustand wird solange beibehalten, bis die Sole temperatur so hoch geworden ist, daß der Kondensator 10 mit ei ner zu hohen Soletemperatur (< 55°C) beschickt wird, um noch ei ne effektive Kondensation zu erzielen. Dann schaltet die Solar destille 1 auf den oben beschriebenen Dauerbetrieb gemäß Fließschema nach Fig. 2 um. Der beschriebene Anfahrbetrieb hat den Vorteil, daß die Solardestille 1 sehr schnell auf ihre optimale Betriebstemperatur gebracht wird.In order to be able to drive this mode of operation, the solenoid valves 33 and 34 in the feed line 20 to the capacitor 9 and the magnets 29 and 30 in the circuit 15 , which is thereby prevented, are closed. Instead, a solenoid valve 35 is opened in a bypass 42 from the supply line 20 to the condenser 10 . The brine 14 conveyed from the brine trough 6 by the pump 21 first flows through the condenser 10 , then the condenser 9 and then the additional heater 12 due to this circuit, and in this way reaches the evaporation surface 3 . This operating state is maintained until the brine temperature has become so high that the capacitor 10 is charged with a too high brine temperature (<55 ° C.) in order to still achieve effective condensation. Then the solar still 1 switches over to the continuous operation described above according to the flow diagram according to FIG. 2. The described starting operation has the advantage that the solar still 1 is brought to its optimal operating temperature very quickly.
Um die in das Salzwasser-Reservoir 17 eingeschichtete wär meenergie zu nutzen, kann die Solardestille 1 in einem Nachtkon densationsbetrieb gefahren werden. Diese Fahrweise ist durch das Fließschema gemäß Fig. 4 veranschaulicht. Sobald ein nicht dar gestellter Lichtsensor eine für die Verdampfung zu geringe So lareinstrahlung 11 anzeigt, geht die Solardestille 1 in den Nachtkondensationsbetrieb über. Hierbei soll die Temperatur des Salzwassers 26 in dem Salzwasser-Reservoir 17 über 50°C liegen. In diesem Betriebszustand wird das Salzwasser 26 aus dem Salz wasser-Reservoir 17 über die Verdampfungsfläche 3 geleitet, so daß sich gebildetes Kondensat an den kalten Glasscheiben der Frontseite 13 des Gehäuses niederschlagen kann.In order to use the thermal energy layered in the salt water reservoir 17 , the solar still 1 can be operated in a night condensing operation. This mode of operation is illustrated by the flow diagram according to FIG. 4. As soon as a light sensor, not shown, indicates a solar radiation 11 that is too low for the evaporation, the solar still 1 switches to night condensation operation. Here, the temperature of the salt water 26 in the salt water reservoir 17 should be above 50 ° C. In this operating state, the salt water 26 is passed from the salt water reservoir 17 over the evaporation surface 3 , so that condensate formed can precipitate on the cold glass panes of the front 13 of the housing.
In diesem Betriebszustand soll die im Salzwasser 26 gespei cherte Kondensationsenergie nahezu vollständig zurückgewonnen und das Salzwasser 26 im Salzreservoir 17 für den kommenden Tag als Kondensationsmittel wieder abgekühlt werden. Der Nachtbe trieb wird eingestellt, sobald das Salzwasser 26 eine für eine effektive Verdampfung zu geringe Temperatur erreicht hat.In this operating state, the condensation energy stored in the salt water 26 is to be recovered almost completely and the salt water 26 in the salt reservoir 17 is to be cooled again as a condensation agent for the coming day. The Nachtbe operation is set as soon as the salt water 26 has reached a temperature too low for effective evaporation.
Um diese Betriebsweise fahren zu können, sind zusätzliche Leitungen 40, 37 und 38 sowie diese absperrenden oder öffnenden Magnetventile 41, 36 und 39 vorgesehen. Wenn die Solardestille 1 auf Nachtbetrieb umschaltet, werden die Magnetventile 41, 32, 33, 36 und 39 geöffnet und die Ventile 35 und 34 geschlossen. Das Salzwasser 26 wird dann durch die Pumpe 21 über die Leitun gen 40 und 37 auf die Verdampfungsfläche 3 gepumpt und gelangt von dort in die Solewanne 6. Aus der Solewanne 6 fließt das ge kühlte Salzwasser 26 über die Leitung 38 wieder dem Salzwasser- Reservoir 17 zu.In order to be able to operate this mode of operation, additional lines 40 , 37 and 38 as well as solenoid valves 41 , 36 and 39 blocking or opening them are provided. When the solar still 1 switches to night operation, the solenoid valves 41 , 32 , 33 , 36 and 39 are opened and the valves 35 and 34 are closed. The salt water 26 is then pumped by the pump 21 via the lines 40 and 37 to the evaporation surface 3 and from there reaches the brine tub 6 . From the brine tub 6 , the cooled salt water 26 flows via the line 38 back to the salt water reservoir 17 .
Claims (9)
- - einem allseitig geschlossenen, thermisch hochisolierten und in Schräglage aufgestellten Gehäuse (2), dessen der Sonne zugewandte Frontfläche (13) aus mindestens einer thermisch isolierenden, sonnenlichtdurchlässigen Schei be und/oder Folie gebildet ist,
- - einer Verdampfungsfläche (3), die im wesentlichen par allel zur Frontfläche (13) verläuft, und den Gehäuse- Innenraum in einen oberen Verdampfungsraum (4) und ei nen unteren Kondensationsraum (5) unterteilt,
- - der Verdampfungsraum (4) und der Kondensationsraum (5) stehen am oberen und unteren Ende der Verdampfungsflä che (3) strömungsseitig in Verbindung, so daß die ein geschlossenen Luftmassen im Gehäuse zirkulieren können,
- - am unteren Ende der Verdampfungsfläche (3) ist eine So lewanne (6) angeordnet, die von der Verdampfungsfläche (3) abtropfende Sole (14) auffängt, wobei die Solewanne (6)mit einem Überlauf (7) versehen ist,
- - am unteren Ende des Kondensationsraums (5) ist ein Trinkwasserablauf (8) vorgesehen,
- - im Kondensationsraum (5) ist mindestens ein erster Kon densator (9) angeordnet,
- - von der Solewanne (6) ist eine Zuleitung (20) mit inte grierter Pumpe (21) zum Einlauf des mindestens einen ersten Kondensators (9) geführt,
- - vom Auslauf des mindestens einen ersten Kondensators (9) führt eine Zuleitung (22) zum oberen Ende der Ver dampfungsfläche (3),
- - in die Solewanne (6) ist eine Zuleitung zur dosierten Auffüllung mit Salzwasser (26) eingebunden.
- - An all-round closed, thermally highly insulated and inclined housing ( 2 ), the sun-facing front surface ( 13 ) is formed from at least one thermally insulating, sunlight-permeable pane and / or film,
- - An evaporation surface ( 3 ) which runs essentially par allel to the front surface ( 13 ), and divides the interior of the housing into an upper evaporation space ( 4 ) and a lower condensation space ( 5 ),
- - The evaporation chamber ( 4 ) and the condensation chamber ( 5 ) are at the upper and lower ends of the Verdampfungsflä surface ( 3 ) on the flow side, so that a closed air mass can circulate in the housing,
- - At the lower end of the evaporation surface ( 3 ) there is a soaking tub ( 6 ) which collects brine ( 14 ) dripping from the evaporation surface ( 3 ), the brine tub ( 6 ) being provided with an overflow ( 7 ),
- - A drinking water drain ( 8 ) is provided at the lower end of the condensation chamber ( 5 ),
- - In the condensation chamber ( 5 ) at least a first con capacitor ( 9 ) is arranged,
- - From the brine tub ( 6 ) has a feed line ( 20 ) with integrated pump ( 21 ) for the inlet of the at least one first condenser ( 9 ),
- - From the outlet of the at least one first capacitor ( 9 ) leads a supply line ( 22 ) to the upper end of the evaporation surface ( 3 ),
- - In the brine tub ( 6 ), a feed line for metered filling with salt water ( 26 ) is integrated.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |