DE102009032482A1

DE102009032482A1 - Heiz- und/oder Verdampfungsrohr, Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser und Vorrichtung zur Fluidaufheizung

Info

Publication number: DE102009032482A1
Application number: DE102009032482A
Authority: DE
Inventors: Martin Niedermaier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2011003601A1

Abstract

Es wird ein Rohr beschrieben, das zur solaren Fluidaufheizung und/oder -verdampfung ausgebildet ist. Das Rohr besitzt einen lang gestreckten rohrförmigen Körper, der eine Vielzahl von quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Körpers angeordneten Tauchhülsen umfasst. Die Tauchhülsen sind zur Aufnahme von Wärmetauschern von Solarkollektoren, insbesondere von Vakuumröhrenkollektoren, ausgebildet und ragen in den rohrförmigen Körper hinein. Das Rohr ist als Mehrkantrohr ausgebildet, das einen oberen und einen unteren Wandabschnitt umfasst, wobei im Einbauzustand des Rohrs der untere Wandabschnitt an der Unterseite der Tauchhülsen anliegt. An den unteren Wandabschnitt schließt sich ein rinnenförmiger Wandabschnitt an, durch den ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs erstreckender, im Einbauzustand des Rohrs bodenseitig gelegener Freiraum unterhalb der Tauchhülsen gebildet wird. Weiterhin werden eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser beispielsweise aus Salz- und Brackwasser durch Verdampfen mit einem solchen Rohr sowie eine Vorrichtung zur Fluidaufheizung mit einem solchen Rohr beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr, das zur solaren Fluidaufheizung und/oder -verdampfung ausgebildet ist und einen lang gestreckten rohrförmigen Körper aufweist, der eine Vielzahl von quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Körpers angeordneten Tauchhülsen umfasst, die zur Aufnahme von Wärmetauschern von Solarkollektoren, insbesondere von Vakuumröhrenkollektoren, ausgebildet sind und in den rohrförmigen Körper hineinragen. Weiterhin ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser, wie z. B. Salz- oder Brackwasser oder Chlorwasser, sowie auf eine Vorrichtung zur Fluidaufheizung, insbesondere zur Verwendung in solaren Klimaanlagen, gerichtet.
Heizrohre und Verdampfungsrohre der eingangs genannten Art werden in Solaranlagen zum Erwärmen von Fluid, beispielsweise Wasser oder einer sonstigen Wärmeträgerflüssigkeit, bzw. in Vorrichtungen zur Gewinnung von Trinkwasser aus nicht trinkbarem Rohwasser, wie z. B. Salz- und Brackwasser oder Chlorwasser, durch Verdampfen mittels Solarenergie verwendet. Üblicherweise besitzen die dabei verwendeten Heiz- bzw. Verdampfungsrohre einen kreisförmigen Querschnitt, wobei die Tauchhülsen so in den rohrförmigen Körper hineinragen, dass sich die Längsachsen der Tauchhülsen und die Längsachsen des rohrförmigen Körpers kreuzen.
Um die in die Tauchhülsen eingesetzten Solarkollektoren so zur Sonne hin auszurichten, dass eine maximale Energieaufnahme bei der Sonneneinstrahlung erreicht wird, müssen die Solarkollektoren üblicherweise schräg angeordnet werden. Dies führt dazu, dass die an den Enden der Solarkollektoren angeordneten Wärmetauscher, die in die Tauchhülsen hineinragen, ebenfalls nicht horizontal, sondern schräg zur Horizontalen verlaufen. Bei Verdampfungsrohren, die lediglich zum Teil mit Wasser gefüllt sind, da der oberhalb des Wasserspiegels innerhalb des Verdampfungsrohrs verbleibende Raum zur Aufnahme des erzeugten Wasserdampfs benötigt wird, hat dies zur Folge, dass die Wärmetauscher der Solarkollektoren mit ihren freien Enden oberhalb des Wasserspiegels liegen und somit zur Erwärmung und Verdampfung des Wassers nicht bzw. nur sehr geringfügig beitragen. Bei Heizrohren, die vollständig mit aufzuheizendem Fluid gefüllt sind, muss hingegen der Durchmesser des Heizrohres sehr groß gewählt werden, um den gesamten Wärmetauscher innerhalb des Heizrohres mit kreisförmigem Querschnitt aufnehmen zu können, was in einer entsprechend großen Fluidmenge innerhalb des Heizrohres resultiert. Aufgrund dieser großen Fluidmenge kann oftmals keine ausreichend hohe Aufheizung des Fluids erreicht werden. Wird der Durchmesser des Heizrohres hingegen entsprechend kleiner gewählt, um die innerhalb des Heizrohres fließende Fluidmenge zu reduzieren, ist keine vollständige Unterbringung der Wärmetauscher innerhalb des Heizrohres möglich.
Aus den beschriebenen Ursachen ist somit der Wirkungsgrad der eingangs genannten Verdampfungs- und/oder Heizrohre oftmals nicht zufrieden stellend.
Dementsprechend ist auch der Wirkungsgrad von Vorrichtungen zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser durch Verdampfen oftmals nicht zufrieden stellend, bzw. es muss zusätzlich zur Solarenergie noch Energie zum Aufheizen des Wassers zugeführt werden, um einen ausreichenden Wirkungsgrad zu erreichen. Ähnliches gilt für Vorrichtungen zum Aufheizen von Fluid, wie sie beispielsweise bei solaren Klimaanlagen verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizrohr bzw. ein Verdampfungsrohr anzugeben, das einen verbesserten Wirkungsgrad besitzt. Weiterhin sind entsprechende Vorrichtungen zum Gewinnen von Trinkwasser aus Rohwasser sowie eine Vorrichtung zur Aufheizung von Fluid anzugeben, die einen erhöhten Wirkungsgrad besitzen und insbesondere ausschließlich mit Solarenergie betrieben werden können.
Ausgehend von einem Rohr der eingangs genannten Art wird die das Rohr betreffende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Rohr als Mehrkantrohr ausgebildet ist, das einen oberen und einen unteren Wandabschnitt umfasst, dass im Einbauzustand des Rohrs der untere Wandabschnitt an der Unterseite der Tauchhülsen anliegt und dass sich an den unteren Wandabschnitt ein rinnenförmiger Wandabschnitt anschließt, durch den ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs erstreckender, im Einbauzustand des Rohrs bodenseitig gelegener Freiraum unterhalb der Tauchhülsen gebildet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser, wie z. B. Salz- oder Brackwasser oder Chlorwasser, durch Verdampfen umfasst eine Rohwasserzuführung, ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verdampfungsrohr zum Verdampfen des zugeführten Rohwassers durch Solarenergie, eine Vielzahl von in die Tauchhülsen des Verdampfungsrohrs eingesetzten Solarkollektoren und einen an das Verdampfungsrohr angeschlossenen Kondensator zum Kondensieren des in dem Verdampfungsrohr erzeugten Dampfs zu Trinkwasser.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Fluidaufheizung umfasst eine Zuführeinheit für das aufzuheizende Fluid, ein erfindungsgemäß ausgebildetes Heizrohr zum Aufheizen des zugeführten Fluids durch Solarenergie, eine Vielzahl von in die Tauchhülsen des Heizrohrs eingesetzten Solarkollektoren und eine Abführeinheit für das aufgeheizte Fluid aus dem Heizrohr.
Erfindungsgemäß wird somit als Heizrohr bzw. als Verdampfungsrohr kein Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt sondern ein Mehrkantrohr verwendet, das eine spezielle zur Erhöhung des Wirkungsgrades optimierte Querschnittsform besitzt. Durch diese optimierte, mehrkantige Querschnittsform wird erreicht, dass die Tauchhülsen und damit die in die Tauchhülsen eingesetzten Wärmetauscher der Solarkollektoren vollständig oder zumindest fast vollständig von Wasser bzw. Wärmeträgerflüssigkeit umspült werden. Gleichzeitig kann aufgrund der speziellen Querschnittsform des Rohres die Menge des Wassers bzw. der Wärmeträgerflüssigkeit gering gehalten werden, so dass eine sehr effektive Aufheizung des Wassers bzw. der Wärmeflüssigkeit erreicht wird. Die Masse des verwendeten Rohrs sowie des Fluids wird erfindungsgemäß somit sehr gering gehalten, was für eine effiziente solare Verdampfung bzw. Erhitzung notwendig ist.
Durch den rinnenförmigen Wandabschnitt wird erreicht, dass trotz der kompakten und komprimierten Ausbildung des erfindungsgemäßen Rohrs ein Ablassen des Fluids und, bei Verwendung des Rohrs als Verdampfungsrohr, die Rückstände, beispielsweise die zurückbleibende Salz- oder Chlorlake, aus dem Rohr herausgespült werden können.
Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser können beispielsweise aus 100% Rohwasser mindestens 95% keim- und giftfreies Trinkwasser erzeugt werden. Je nach Sonneneinstrahlung und Anlagengröße können dabei ca. 3 bis 10 l Trinkwasser pro Stunde erzeugt werden, ohne dass dem System eine über die Solarenergie hinaus führende Energie zugeführt werden muss. Weiterhin kann durch die optimierte Querschnittsform des Heizrohrs bzw. Verdampfungsrohrs dieses an jede Anlagengröße angepasst werden, ohne dass die Wassermenge pro laufenden Meter Rohr vergrößert werden muss. Durch die optimierte Querschnittsform kann die direkte Wärmeübertragungsfläche der Tauchhülsen optimal genutzt werden, wobei zusätzlich der gesamte isolierte Rohrkörper in die Wärmeübertragung eingebunden ist.
In Kombination mit Röhrenkollektoren kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Heizrohres eine Wärmeträgerflüssigkeit sehr effizient auf Temperaturen über 100°C erhitzt werden, so dass der Betrieb von solaren Klimaanlagen mit sehr hohem Wirkungsgrad möglich ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen der obere und der untere Wandabschnitt im Wesentlichen parallel zueinander. Da die Solarkollektoren und auch die an den Enden der Solarkollektoren vorgesehenen Wärmetauscher üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt und damit parallel verlaufende Außenwände besitzen, wird durch die parallele Anordnung des oberen und des unteren Wandabschnitts des erfindungsgemäßen Rohres erreicht, dass diese an der oberen bzw. unteren Außenseite der Tauchhülsen über linienförmige Verbindungen anliegen. Somit ist im Bereich des oberen und des unteren Wandabschnitts oberhalb bzw. unterhalb der Tauchhülsen kein Raum für Fluid vorgesehen, so dass das Fluid konzentriert zwischen den einzelnen Tauchhülsen angeordnet ist und gleichzeitig dabei im Wesentlichen mit der vollständigen Oberfläche der Tauchhülsen in Kontakt steht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der rinnenförmige Wandabschnitt einen oder mehrere Bereiche, die quer oder schräg zu dem unteren Wandabschnitt verlaufen. Grundsätzlich kann der rinnenförmige Wandabschnitt auch eine gekrümmte Form, beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt besitzen.
Vorteilhaft schließt sich der rinnenförmige Wandabschnitt an das zu den Solarkollektoren hin gelegene Ende des unteren Wandabschnitts an. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass sich die entsprechenden Rückstände beim Verdampfen aufgrund der Schwerkraft automatisch in dem durch den rinnenförmigen Wandabschnitt gebildeten Freiraum ansammeln. Auch bei Heizrohren ist aufgrund dieser Anordnung gewährleistet, dass das Ablassen des Fluids vollständig erfolgen kann, da sich der durch den rinnenförmigen Wandabschnitt gebildete Freiraum an der tiefsten Stelle des Rohrs befindet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Einbauzustand des Rohrs oberhalb der Tauchhülsen ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs erstreckender Verdampfungsraum angeordnet, der durch einen sich an den oberen Wandabschnitt anschließenden kollektorseitigen weiteren Wandabschnitt sowie durch einen sich an den unteren Wandabschnitt anschließenden kollektorfernen weiteren Wandabschnitt begrenzt ist. Die weiteren Wandabschnitte können dabei schräg oder quer zu den oberen und unteren Wandabschnitten angeordnet sein. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass oberhalb der Tauchhülsen ein in seiner Größe an die jeweilige Anwendung anpassbarer Verdampfungsraum vorgesehen sein kann, ohne dass durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Verdampfungsraums die Menge des durch das Rohr fließenden Wassers vergrößert oder verringert werden müsste. Unabhängig vom Verdampfungsraum bleiben dabei die Tauchhülsen vollständig oder im Wesentlichen vollständig innerhalb des Fluids angeordnet, so dass der Wirkungsgrad des Rohrs beim Verdampfen stets gleich bleibend hoch ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rohrs als Mehrkantrohr erfolgt somit eine Entkopplung von Verdampfungsraum und Fluid führendem Bereich des Rohrs, so dass beide Bereiche unabhängig voneinander für ihre jeweilige Aufgabe optimiert werden können.
Vorteilhaft besitzen der obere und/oder der untere und/oder die weiteren Wandabschnitte eine ebene Oberfläche. Dadurch ist zum einen eine einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Rohrs möglich und zum anderen können die die fluidführenden Bereiche sowie den Verdampfungsraum bildenden Wandabschnitte optimal an ihre Aufgaben angepasst ausgeformt werden.
Bevorzugt erstrecken sich die Tauchhülsen jeweils im Wesentlichen bis zu dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt und liegen insbesondere mit ihren freien Enden an diesem an. Dadurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei einem Verdampfungsrohr die Menge des zu verdampfenden Wassers von den in die Tauchhülsen eingesetzten Solarkollektoren mit maximalem Wirkungsgrad erhitzt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Verdampfungsraum durch einen die weiteren Wandabschnitte verbindenden oberen Wandabschnitt im Einbauzustand des Rohrs nach oben begrenzt. Das Zuführen des Wassers sowie das Abführen des erzeugten Dampfs kann beispielsweise durch Öffnungen im oberen Wandabschnitt oder durch entsprechende stirnseitige Öffnungen an einem oder an beiden Enden des Rohrs erreicht werden. Die Größe des Verdampfungsraums kann somit durch eine einfache Verlängerung der beiden weiteren Wandabschnitte erreicht werden, die als obere Begrenzung des Verdampfungsraums über den oberen Wandabschnitt miteinander verbunden sind, ohne dass der die Tauchhülsen enthaltende Bereich sowie der Fluid führende Bereich des Rohres davon betroffen wären.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich des stirnseitigen Endes der Tauchhülsen zwischen einer Verlängerung des oberen Wandabschnitts, dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt und einer Verlängerung des unteren Wandabschnitts ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs erstreckender Transportraum für das aufzuheizende Fluid ausgebildet. Dieser Transportraum ist insbesondere bei der Ausbildung des Rohrs als Heizrohr relevant, um den Transport des aufzuheizenden Fluids durch das Heizrohr zu ermöglichen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass sich die Tauchhülsen mit den Wärmetauschern der Solarkollektoren weiterhin vollständig innerhalb des zu erhitzenden Fluids befinden.
Bei einer Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser durch Verdampfen kann vorteilhaft zwischen der Rohwasserzuführung und dem Verdampfungsrohr eine Vorwärmeinheit zum Vorerwärmen des Rohwassers angeordnet sein. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung weiter gesteigert werden. Grundsätzlich kann zwar die Vorwärmeinheit mittels zusätzlich zugeführter Energie betrieben werden. Vorteilhaft ist jedoch, dass die Vorwärmeinheit mittels rückgeführter, innerhalb der Vorrichtung gewonnener Hitze betrieben wird. Dazu kann beispielsweise das Verdampfungsrohr über ein Vorwärmrohr an den Kondensator angeschlossen sein und das Vorwärmrohr zum Vorerwärmen des Rohwassers durch die Vorwärmeinheit hindurchgeführt werden. Der innerhalb des Verdampfungsrohrs erzeugte heiße Dampf wird somit innerhalb des Vorwärmrohrs durch das aufzuheizende Rohwasser hindurchgeführt, wodurch eine Vorerwärmung des Rohwassers erfolgt. Auf diese Weise braucht zur Vorerwärmung des Rohwassers keine zusätzliche Energie in die Anlage eingebracht zu werden. Bei Bedarf kann die Energie des Vorwärmrohrs auch zur Erwärmung von Flüssigkeiten wie z. B. Wasser oder zum Heizen oder Kühlen genutzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser,
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 1,
3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 1,
4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verdampfungsrohrs, wie sie in der Vorrichtung nach den 1 bis 3 verwendet wird,
5 eine Detailansicht des Verdampfungsrohrs nach 4,
6 einen Querschnitt durch das Verdampfungsrohr nach 4,
7 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfungsrohrs,
8 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Heizrohr,
9 eine Seitenansicht des Heizrohrs nach 8 und
10 eine Draufsicht auf das Heizrohr nach 8.
Die 1, 2 und 3 zeigen eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser durch Verdampfen mit einem schematisch dargestellten Rohwassertank 1, in dem das Rohwasser enthalten ist, der über eine Rohwasserzuführung 2 mit einem Wassereinlass 3 einer Vorwärmeinheit 4 verbunden ist. Die Vorwärmeinheit 4 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Vorrichtung und besitzt an ihrem dem Wassereinlass 3 gegenüberliegenden Ende einen Wasserauslass 5, der über eine Verbindungsleitung 6 mit einem Schwimmerventil 7 verbunden ist.
Der Ausgang des Schwimmerventils 7 ist mit einem Einlass 8 eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verdampfungsrohrs 9 verbunden, das sich parallel zu der Vorwärmeinheit 4 über die gesamte Länge der Vorrichtung erstreckt. An dem dem Einlass gegenüberliegenden Ende des Verdampfungsrohrs 9 ist ein Auslass 10 vorgesehen, der über ein U-förmiges Verbindungsrohr 11 mit einem Dampfeinlass 12 der Vorwärmeinheit 4 verbunden ist. Der Dampfeinlass 12 ist über ein innerhalb der Vorwärmeinheit 4 angeordnetes Vorwärmrohr 13 mit einem auf der gegenüberliegenden Seite der Vorwärmeinheit 4 angeordneten Dampfauslass 14 verbunden, wobei das Vorwärmrohr 13 von dem Dampfeinlass 12 zum Dampfauslass 14 hin abfallend geneigt ist.
Der Dampfauslass 14 der Vorwärmeinheit 4 ist über ein Verbindungsrohr 15 mit einem üblichen Kondensator 16 verbunden, in dem der dem Kondensator 16 zugeführte Wasserdampf zur Erzeugung von Trinkwasser kondensiert wird.
Das zu verdampfende Rohwasser wird innerhalb der Vorwärmeinheit 4 durch den das Vorwärmrohr 13 durchströmenden heißen Dampf erwärmt, da das Vorwärmrohr 13 innerhalb der Vorwärmeinheit 4 durch das Rohwasser hindurchgeführt ist. Somit ist das über den Wassereinlass 3 der Vorwärmeinheit 4 zugeführte Rohwasser beim Austreten aus dem Wasserauslass 5 bereits in seiner Temperatur erhöht. Anschließend wird das vorerwärmte Rohwasser dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verdampfungsrohr 9 zugeführt, wobei durch das Schwimmerventil 7 gewährleistet ist, dass der Wasserstand im Verdampfungsrohr 9 konstant gehalten wird.
Die Verdampfung innerhalb des Verdampfungsrohrs 9 erfolgt durch über Solarkollektoren 17 aufgenommene Solarenergie, die über im Inneren der Solarkollektoren 17 angeordnete Heatpipes 18 an endseitig angeordnete Wärmetauscher 19 übertragen wird, welche in innerhalb des Verdampfungsrohrs 9 angeordneten Tauchhülsen 20 (siehe 2 und 4 bis 6) eingesetzt sind. Die Tauchhülsen 20 erstrecken sich dabei in regelmäßigen Abständen über die gesamte Länge des Verdampfungsrohrs 9 jeweils im Wesentlichen senkrecht zu dessen Längserstreckung.
Nach dieser Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser wird im Folgenden anhand der 4 bis 6 der erfindungsgemäße optimierte Aufbau des Verdampfungsrohrs 9 im Einzelnen erläutert.
Aus den 4 bis 6 ist die erfindungsgemäße spezielle Form des Verdampfungsrohrs 9 als Mehrkantrohr mit optimiertem Querschnitt zu erkennen. Das Verdampfungsrohr 9 besitzt einen rohrförmigen Körper 47 mit einem Wandaufbau aus mehreren aufeinander folgenden Wandabschnitten, wobei ein oberer Wandabschnitt 21 sowie ein unterer Wandabschnitt 22 vorgesehen sind, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei der obere Wandabschnitt 21 an der jeweiligen Oberseite 23 der Tauchhülsen 20 und der untere Wandabschnitt 22 an der jeweiligen Unterseite 24 der Tauchhülsen 20 anliegen. An den oberen Wandabschnitt 21 schließt sich ein kollektorseitiger weiterer Wandabschnitt 25 an, der schräg zu dem oberen Wandabschnitt 21 verläuft und sich im Einbauzustand des Verdampfungsrohrs 9 im Wesentlichen senkrecht nach oben erstreckt. Parallel dazu schließt sich an den unteren Wandabschnitt 22 ein kollektorferner weiterer Wandabschnitt 26 an, der zusammen mit dem kollektorseitigen weiteren Wandabschnitt 25 sowie einen die beiden weiteren Wandabschnitte 25, 26 verbindenden oberen Wandabschnitt 27 einen Verdampfungsraum 28 des Verdampfungsrohrs 9 begrenzen.
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, können der Einlass 8 und der Auslass 10 in dem oberen Wandabschnitt 27 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Einlass 8 und der Auslass 10 in den das Verdampfungsrohr 9 stirnseitig begrenzenden Wänden 29 ausgebildet sind, wie es in 4 angedeutet ist und in den 1 bis 3 dargestellt ist.
An dem kollektorseitig gelegenen Ende des unteren Wandabschnitts 22 schließt sich ein rinnenförmiger Wandabschnitt 30 an, der aus abgewinkelten Bereichen 30, 30'' und 30''' besteht und durch den ein unterhalb der Tauchhülsen 20 angeordneter bodenseitig gelegener Freiraum 31 gebildet wird, der sich über die gesamte Länge des Verdampfungsrohrs 9 erstreckt.
Wie in 6 angedeutet ist, können sich die Tauchhülsen 20 mit ihren freien Enden jeweils bis an den kollektorfernen weiteren Wandabschnitt 26 erstrecken und an diesem anliegen, wie es durch eine gestrichelte Linie 32 angedeutet ist. Dabei können die Tauchhülsen 20 bis zu ihren freien Enden hin einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, so dass der an dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt 26 anliegende schräg verlaufende Querschnitt der Tauchhülsen 20 eine ovale Querschnittsform besitzt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Oberseite der Tauchhülsen 20 im Bereich ihres freien Endes jeweils abgeschrägt ist, wie es durch eine gestrichelte Linie 33 angedeutet ist und aus den 5 und 6 näher zu erkennen ist. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die freien Enden der Tauchhülsen 20 rechtwinklig abgeschnitten sind, so dass die freien Enden der Tauchhülsen 20 gemäß einer gestrichelten Linie 34 beabstandet zu dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt 26 angeordnet sind, wie es in 6 angedeutet ist.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Tauchhülsen 20 ist aufgrund der speziellen Querschnittsform des Verdampfungsrohrs 9 jedoch gewährleistet, dass bereits bei Einbringen einer geringen Menge von Wasser in das Verdampfungsrohr 9 im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Tauchhülsen 20 für eine Wärmeübertragung mit dem Wasser in Kontakt steht.
Zur Verdeutlichung sind in 6 beispielhaft mögliche Wasserspiegel 35 bei entsprechender Befüllung des Verdampfungsrohrs 9 mit Wasser dargestellt. Während der gesamte unterhalb des Wasserspiegels 35 gelegene Bereich des Verdampfungsrohrs 9 einschließlich des Freiraums 31 mit Wasser gefüllt ist, ist der oberhalb des Wasserspiegels 35 angeordnete Verdampfungsraum 28 frei von Wasser. Wie 6 zu entnehmen ist, sind bereits bei dieser geringen Menge von Wasser die Tauchhülsen 20 und damit auch die in den Tauchhülsen 20 steckenden Wärmetauscher 19 der Solarkollektoren 17 im Wesentlichen vollständig innerhalb des Wassers angeordnet, so dass praktisch die vollständig aufgenommene Solarenergie an das Wasser abgegeben werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass auch der Bereich 45 zwischen zwei nebeneinander liegenden Tauchhülsen 18 vollständig mit Wasser gefüllt ist.
Gleichzeitig ist durch die spezielle Querschnittsform des Verdampfungsrohrs 9 gewährleistet, dass der sich oberhalb des Wasserspiegels 35 befindende Verdampfungsraum 28 frei von Wasser ist, so dass insbesondere der Auslass 10 des Verdampfungsrohrs 9 frei von Wasser ist, auch wenn beispielsweise das Verdampfungsrohr 9 mit einer geringen ”Schräglage” montiert ist.
Soll die Größe der Anlage durch Verlängerung des Verdampfungsrohrs 9 und eine entsprechende höhere Anzahl von Solarkollektoren 17 erweitert werden, so muss lediglich der Verdampfungsraum 28 vergrößert werden, indem beispielsweise die beiden weiteren Wandabschnitte 25, 26 nach oben verlängert werden. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf den unteren Bereich des Verdampfungsrohrs 9, so dass die optimale Menge an Wasser pro laufenden Meter unverändert aufrechterhalten werden kann.
Der rinnenförmige Freiraum 31 kann als Spülrinne zum Ablassen der durch das Verdampfen entstehenden Lake (Salzlake, Chlorlake oder sonstige Reststofflake) dienen. Dazu können an einen oder an beiden Enden des Verdampfungsrohrs 9 im Bereich des rinnenförmigen Wandabschnitts 30 Ablassventile vorgesehen sein, über die die Lake abgelassen werden kann. Dazu kann beispielsweise der obere Teil 36 der Vorrichtung (siehe 3) gegenüber dem unteren Teil 37 über ein Scharnier 38 verschwenkbar ausgebildet sein, wodurch das Ablassen der in dem Freiraum 31 vorhandenen Lake erleichtert wird. Das Verkippen des oberen Teils 36 kann dabei beispielsweise über einen Kippmechanismus 39 insbesondere manuell z. B. mit einer Handkurbel 40 erfolgen.
Wie aus 3 weiterhin zu erkennen ist, kann der untere Teil 37 der Vorrichtung mit Rädern 41 fahrbar ausgebildet sein, so dass die Gesamtvorrichtung transportabel ist.
Falls für bestimmte Anwendungen beispielsweise eine größere Verdampfungsfläche des Wasserspiegels 35 erforderlich ist, kann eine Abwandlung des Verdampfungsrohrs 9 verwendet werden, die in 7. dargestellt ist. Das abgewandelte Verdampfungsrohr 9' unterscheidet sich von dem Verdampfungsrohr 9 dadurch, dass der obere Wandaschnitt 21 nicht an der Oberseite 23 der Tauchhülsen 20 anliegt, sondern sich senkrecht nach oben erstreckt. An den oberen Wandabschnitt 21 schließt sich der schräg verlaufende weitere Wandabschnitt 25 an. Durch diese Abwandlung wird der Verdampfungsraum 28 in horizontaler Richtung vergrößert, wodurch eine größere Verdampfungsfläche des Wasserspiegels 35 erreicht wird. Grundsätzlich können der obere Wandabschnitt 21 auch schräg und der weitere Wandabschnitt 25 horizontal oder vertikal verlaufend ausgebildet sein.
Wird ein erfindungsgemäß ausgebildetes Rohr nicht als Verdampfungsrohr sondern als Heizrohr beispielsweise für eine solare Klimaanlage benötigt, so kann der Verdampfungsraum 28 entfallen.
Ein entsprechendes Heizrohr ist in den 7 bis 9 dargestellt. Ähnliche oder gleiche Elemente, wie sie in den 1 bis 6 bereits beschrieben wurden, sind in den 7 bis 9 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie aus den 7 bis 9 zu erkennen ist, unterscheidet sich das Heizrohr 42 von dem Verdampfungsrohr 9 im Wesentlichen durch das Fehlen des Verdampfungsraums 28 sowie dadurch, dass im Bereich der stirnseitigen Enden der Tauchhülsen 20 zwischen einer Verlängerung 21' des oberen Wandabschnitts 21, dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt 26 und einer Verlängerung 22 des unteren Wandabschnitts 22 ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Heizrohrs 42 erstreckender Transportraum 43 für das von einem stirnseitigen Ende des Heizrohrs 42 zu seinem gegenüberliegenden Ende geführte aufzuheizende Fluid ausgebildet ist. Zur Zufuhr des Fluids kann an einem stirnseitigen Ende des Heizrohrs 42 wiederum ein Einlass 8 vorgesehen sein, während an dem gegenüberliegenden Ende wiederum ein nicht dargestellter Auslass vorhanden ist.
Auch bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizrohr 42 befinden sich die Tauchhülsen 20 praktisch vollständig innerhalb des aufzuheizenden Fluids 46, so dass ein optimaler Wirkungsgrad für die Wärmeübertragung von den Solarkollektoren 17 über die Wärmetauscher 19 und die Tauchhülsen 20 auf das zu wärmende Fluid 46 gewährleistet ist. Gleichzeitig ist die Menge des zu erwärmenden Fluids 46 durch die spezielle Querschnittsform des Heizrohrs 42 gegenüber üblichen Heizrohren deutlich verringert, wodurch ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht wird.
Auch das Heizrohr 42 umfasst einen durch einen rinnenförmigen Wandabschnitt 30 gebildeten Freiraum 31 unterhalb der Tauchhülsen 20, der beispielsweise im Wartungsfall als Ablassrinne für das Wärmeträgerfluid dient. Dieses kann beispielsweise über ein an der Ablassrinne vorgesehenes Ablassventil 44 abgelassen werden.
Bezugszeichenliste

1: Rohwassertank
2: Rohwasserzuführung
3: Wassereinlass
4: Vorwärmeinheit
5: Wasserauslass
6: Verbindungsleitung
7: Schwimmerventil
8: Einlass
9: Verdampfungsrohr
10: Auslass
11: U-förmiges Verbindungsrohr
12: Dampfeinlass
13: Vorwärmrohr
14: Dampfauslass
15: Verbindungsrohr
16: Kondensator
17: Solarkollektoren
18: Heatpipes
19: Wärmetauscher
20: Tauchhülsen
21: oberer Wandabschnitt
21: Verlängerung des oberen Wandabschnitts
22: unterer Wandabschnitt
22': Verlängerung des unteren Wandabschnitts
23: Oberseite der Tauchhülsen
24: Unterseite der Tauchhülsen
25: kollektorseitiger weiterer Wandabschnitt
26: kollektorferner weiterer Wandabschnitt
27: oberer Wandabschnitt
28: Verdampfungsraum
29: stirnseitige Wände
30: rinnenförmiger Wandabschnitt
30', 30'', 30''': Bereiche des rinnenförmigen Wandabschnitts
31: Freiraum
32: gestrichelte Linie
33: gestrichelte Linie
34: gestrichelte Linie
35: Wasserspiegel
36: oberer Teil der Vorrichtung
37: unterer Teil der Vorrichtung
38: Scharnier
39: Kippmechanismus
40: Handkurbel
41: Räder
42: Heizrohr
43: Transportraum
44: Ablassventil
45: Bereich des Rohrs
46: Fluid
47: rohrförmiger Körper

Claims

Rohr ausgebildet zur solaren Fluidaufheizung und/oder -verdampfung mit einem lang gestreckten rohrförmigen Körper (47), der eine Vielzahl von quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Körpers (47) angeordneten Tauchhülsen (20) umfasst, die zur Aufnahme von Wärmetauschern (19) von Solarkollektoren (18), insbesondere von Vakuumröhrenkollektoren, ausgebildet sind und in den rohrförmigen Körper (47) hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (9, 42) als Mehrkantrohr ausgebildet ist, das einen oberen und einen unteren Wandabschnitt (21, 22) umfasst, dass im Einbauzustand des Rohrs (9, 42) der untere Wandabschnitt (22) an der Unterseite (24) der Tauchhülsen (20) anliegt, und dass sich an den unteren Wandabschnitt (22) ein rinnenförmiger Wandabschnitt (30) anschließt, durch den ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs (9, 42) erstreckender im Einbauzustand der Rohrs (9, 42) bodenseitig gelegener Freiraum (31) unterhalb der Tauchhülsen (20) gebildet wird.
Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Einbauzustand des Rohrs (9, 42) der obere Wandabschnitt (21) an der Oberseite (23) der Tauchhülsen (20) anliegt.
Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Wandabschnitt (21, 22) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Rohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Wandabschnitt (30) einen oder mehrere Bereiche (30', 30'', 30''') umfasst, die quer oder schräg zu dem unteren Wandabschnitt (22) verlaufen.
Rohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der rinnenförmige Wandabschnitt (30) an das zu den Solarkollektoren (17) hin gelegene Ende des unteren Wandabschnitts (22) anschließt.
Rohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einbauzustand des Rohrs (9, 42) oberhalb der Tauchhülsen (20) ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs (9) erstreckender Verdampfungsraum (28) angeordnet ist, der durch einen sich an den oberen Wandabschnitt (21) anschließenden kollektorseitigen weiteren Wandabschnitt (25) sowie durch einen sich an den unteren Wandabschnitt (22) anschließenden kollektorfernen weiteren Wandabschnitt (26) begrenzt ist.
Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Wandabschnitte (25, 26) schräg oder quer zu den oberen und/oder unteren Wandabschnitten (21, 22) angeordnet sind.
Rohr nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tauchhülsen (20) jeweils im Wesentlichen bis zu dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt (26) erstrecken und insbesondere mit ihren freien Enden an diesem anliegen.
Rohr nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsraum (28) durch einen die weiteren Wandabschnitte (25, 26) verbindenden oberen Wandabschnitt (27) im Einbauzustand des Rohrs (9) nach oben begrenzt ist.
Rohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der freien Enden der Tauchhülsen (20) zwischen einer Verlängerung (21') des oberen Wandabschnitts (21), dem kollektorfernen weiteren Wandabschnitt (26) und einer Verlängerung (22') des unteren Wandabschnitts (22) ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrs (42) erstreckender Transportraum (43) für das aufzuheizende Fluid (46) ausgebildet ist.
Rohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und/oder der untere und/oder ggf. die weiteren Wandabschnitte (21, 22, 25, 26) eine ebene Oberfläche besitzen.
Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Rohwasser wie z. B. Salz- oder Brackwasser oder Chlorwasser durch Verdampfen mit einer Rohwasserzuführung (1, 2), einem Verdampfungsrohr (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verdampfen des zugeführten Rohwassers durch Solarenergie, einer Vielzahl von in die Tauchhülsen (20) des Verdampfungsrohrs (9) eingesetzten Solarkollektoren (17) und einem an das Verdampfungsrohr (9) angeschlossenen Kondensator (16) zum Kondensieren des in dem Verdampfungsrohr (9) erzeugten Dampfes zu Trinkwasser.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rohwasserzuführung (1, 2) und dem Verdampfungsrohr (9) eine Vorwärmeinheit (4) zum Vorerwärmen des Rohwassers angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsrohr (9) über ein Vorwärmrohr (13) an den Kondensator (16) angeschlossen ist und das Vorwärmrohr (13) zum Vorerwärmen des Rohwassers durch die Vorwärmeinheit (4) hindurchgeführt ist.
Vorrichtung zur Fluidaufheizung mit einer Zuführeinheit für das aufzuheizende Fluid (46), einem Heizrohr (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Aufheizen des zugeführten Fluids (46) durch Solarenergie, einer Vielzahl von in die Tauchhülsen (20) des Heizrohrs (42) eingesetzten Solarkollektoren (17) und einer Abführeinheit für das aufgeheizte Fluid (46) aus dem Heizrohr (42).