DE102009013936A1 - Solarer Photoreaktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung Solarer Photoreaktor mit offenem Gerinne betrifft ein Verfahren zur Durchführung photochemischer oder photobiologischer Reaktionen durch solare Strahlung. Anstelle Sonnenstrahlung können auch andere, elektrisch betriebene Lichtquellen genutzt werden. Der erfindungsgemäße Photoreaktor soll einzeln oder in Gruppen als Durchflusssystem verwendet werden, wobei unter einer transparenten Abdeckscheibe ein offenes, mäanderförmiges Gerinne zur Strahlungsquelle geneigt ist. Ein besonderer Vorteil des offenen Gerinnes ist, dass es für die Flüssigkeiten im Photoreaktor einen einfachen Gasaustausch ermöglicht. Um eine Kondensatbildung unter der Abdeckscheibe zu nutzen ist eine entsprechende Mindestneigung erforderlich.

Description

• Die Erfindung Solarer Photoreaktor mit offenem Gerinne betrifft ein Verfahren zur Durchführung photochemischer oder photobiologischer Reaktionen durch solare Strahlung. Anstelle Sonnenstrahlung können auch andere, elektrisch betriebene Lichtquellen für den Photoreaktor genutzt werden.
• Bekannt und verwendet werden bisher transparente Behälter in verschiedenster Form und Größe, in welche solare Strahlung konzentriert oder unkonzentriert geleitet wird. Einschlägig patentiert wurden dazu u. a. WO 95/06111 , FR 2 685 244 und DE 197 46 343 A1 , aber auch ein Flachbett-Sonnenlichtsammler gemäß DE 198 44 037 A1 .
• Im Gegensatz dazu stellt die Erfindung einen Photoreaktor dar, welcher sein Durchflusssystem als offenes Gerinne, auf geneigter Ebene, zur Sonne ausrichtet.
• Der schräg stehende Reaktorraum erhält über dem Gerinne eine transparente Abdeckscheibe, vorzugsweise aus Glas, welche für das Erreichen spezieller Prozesse strahlungsselektive Eigenschaften haben kann. Auch ist es möglich diese Abdeckscheibe photovoltaisch zu nutzen, sodass ein Teil der Solarstrahlung zur elektrischen Energiegewinnung verfügbar ist. Für photochemische oder photobiologische Reaktionen ist dies von Vorteil, wenn eine zu hohe Strahlungsenergie speziellen Prozessen schaden kann.
• Für viele Prozesse ist es von Vorteil, wenn einer Flüssigkeit Gase entzogen oder zugefügt werden können, z. B. Kohlenstoffdioxid CO2 für die Vermehrung von Algen, oder Ozon O3 für Oxidationen. Dieses ist durch das offene Gerinne sehr einfach und in-situ möglich.
• Unter der Abdeckscheibe kann sich Kondensat bilden. Ihre Neigung soll deshalb so steil sein, dass dieses ohne vorher abzutropfen in eine Kondensatrinne läuft und dort als Produkt aufgefangen wird. Alle Ein- und Ausgänge werden durch den Seitenrahmen geführt.
• Der Boden des Reaktorraum besteht vorzugsweise auch aus Glas. Für Prozesse mit einem hohen Strahlungsbedarf kann er von außen verspiegelt sein, ggf. aber auch wärmeisoliert und beheizt oder gekühlt werden.
• Um einen Photoreaktor dieser Bauart effektiv zu betreiben ist es unerlässlich, dass das Gerinne in horizontaler und vertikaler Ebene fein auszurichten ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion kann diese Anforderung mit einer Aufständerung aus Gewindestangen gut erfüllen. Überdies kann es bei solarem Betrieb günstig sein, den Photoreaktor dem Sonnenstand horizontal stetig nachzuführen.
• Das Eingangsgemisch kann in einmaligem Durchfluss oder im Kreislauf behandelt werden. Für die Gestaltung komplexer Prozesse können mehrere Photoreaktoren in Reihe oder parallel durchströmt werden. Das Beimischen von Additiven und die Steuerung der Durchflussmenge insgesamt ist stetig oder in Intervallen gemäß verfahrensrelevanter Parameter zu realisieren.
• Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
• In 1 ist der Schnitt durch einen vereinfachten schematischen Grundaufbau des Verfahrens dargestellt. Ergänzend dazu zeigt 2 eine Draufsicht. 3 und 4 zeigen eine Vergrößerung des Schnitts in der Fuß- und Kopfsituation.
• Ein Grundrahmen (1) wird mit den Scharnierhaltern (9) auf den Gewindestangen (10) getragen. Auf dem Grundrahmen (1) liegt die transparente Bodenplatte (2)
• Auf die Bodenplatte (2) wird der Reaktorrahmen (4) geklebt, welcher die transparente Abdeckung (3) in möglichst geringer Distanz zu den Gerinneprofilen (8) trägt. Der Abstand soll gerade so groß sein, dass unter der Abdeckung (3) ablaufende Kondensattropfen nicht die Gerinneprofile (8) berühren.
• Ein Eingangsgemisch wird über den Zulauf (12) in den Photoreaktor gebracht. Damit an dieser Stelle keine Spritzer an die Abdeckung (3) gelangen, verteilt ein Spritzschutz (11) die Flüssigkeit seitlich.
• Die Gerinneprofile (8) sind wechselseitig an einem Ende flacher, sodass sich eine Art Wehr (15) ergibt, über welches die Flüssigkeit eine Stufe tiefer fließt und mäanderförmig zum Hauptauslauf (6) gelangt. Der untere Kanal des Gerinne wird von der Kondensatrinne (17) durch das Z-Profil (7) getrennt.
• Bildet sich unter der Abdeckung (3) Kondensat, so rinnt dieses bis zur Tropfnase (5) und tropft ab in die Kondensatrinne (17), um durch den Kondensatauslauf (14) abgelassen zu werden.
• Über die Gasstutzen (18) können dem Photoreaktor Gase zugeführt oder entzogen werden.
• Über die Dosierstutzen (13) können einem Prozess ggf. weitere Substanzen zugeführt oder Proben entnommen werden.
• Soll die Abdeckung (3) als Träger für photovolttaische Zellen oder Dünnschichttechnik verwendet werden, so ist eine zusätzliche PV-Abdeckung (16) erforderlich.

1

Grundrahmen

2

Bodenplatte

3

Abdeckung

4

Reaktorrahmen

5

Tropfnase

6

Hauptauslauf

7

Z-Profil

8

Gerinneprofil

9

Scharnierhalter

10

Gewindestange

11

Spritzschutz

12

Zulauf

13

Dosierstutzen

14

Kondensatauslauf

15

Wehr

16

PV-Abdeckung

17

Kondensatrinne

18

Gasstutzen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - WO 95/06111 [0002]
• - FR 2685244 [0002]
• - DE 19746343 A1 [0002]
• - DE 19844037 A1 [0002]

Claims (8)

1. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen mittels elektromagnetischer Strahlung dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsgemisch im Durchfluss durch ein offenes Gerinne auf geneigter Ebene, mäanderförmig unter einer transparenten Abdeckung so geführt wird, dass die Neigung günstig zur Strahlungsquelle steht und mindestens so groß ist, dass anfallendes Kondensat, ohne vorher abzutropfen, in eine Kondensatrinne fließt.
2. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Gerinne einem dem Prozess dienlichen Gasaustausch dient.
3. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Abdeckung strahlungsselektiv wirkt.
4. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Abdeckung zur photovoltaischen Gewinnung von Solarenergie genutzt wird.
5. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Bodenplatte des Photoreaktor reflektierend beschichtet oder reflektierend eingefärbt ist.
6. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Bodenplatte des Photoreaktor wärmeisoliert wird und beheizbar oder zu kühlen ist.
7. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoreaktor auf Gewindestangen in zwei Ebenen justierbar aufzuständern ist.
8. Verfahren zum Erreichen photochemischer oder photobiologischer Reaktionen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoreaktor auf horizontaler Ebene stetig dem Sonnenstand nachgeführt wird.