DE102009035858A1

DE102009035858A1 - Mobile Vorrichtung zur Destillation von Rohwasser und Verfahren mit energieeffizienter Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE102009035858A1
Application number: DE102009035858A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Thomas Straus
Original assignee: Strauss Maximilian Thomas
Current assignee: Strauss Maximilian Thomas
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Es wird eine mobile Vorrichtung in Form eines hohlen, nach unten hin offenen Gehäuses zur Destillation von Rohwasser vorgestellt, die als Deckel auf handelsübliche, erwärmbare Gefäße (Töpfe) unterschiedlicher Größe aufgesetzt werden kann. Zur Verbesserung der Energieeffizienz verfügt das Gehäuse auf seiner äußeren Mantelfläche über eine gewendelte Zuleitung (Kühlwendel) mit einem unten liegenden Eingang und einem oben liegenden Ausgang, in der das zu destillierende Rohwasser einerseits die Kühlung der Kondensationsfläche des Gehäuses bewirkt und damit gleichzeitig die frei werdende Kondensationsenergie zur Vorwärmung des Rohwassers aufnimmt. Weiter umfasst die Vorrichtung im Bereich ihres größten Durchmessers eine an der Innenseite der Mantelfläche umlaufende, nach oben hin offene Rinne (Auffangrinne) mit mindestens einem Auslass zum Auffangen und Ableiten des Destillats.

Description

Stand der Technik
Für die Wasseraufbereitung existieren bereits diverse physikalische, chemische, biologische und Membran gestützte Verfahren. Eines dieser Verfahren, die solare Destillation, ist ein seit mehr als 100 Jahren bekanntes Verfahren, um zum Beispiel Meerwasser mittels Solarenergie zu entsalzen. Solche Anlagen sind unter dem Begriff „solar still bekannt und funktionieren anch dem sog. „greenhouse effct”. Zwischenzeitlich sind zahlreiche Weiterentwicklungen bekannt, die unter anderem auf eine Verkürzung des Dampfwegs abzielen.
Eine kommerziell verfügbare Vorrichtung ist unter der Bezeichnung „Watercone” bekannt und in der Offenlegungsschrift DE 101 55 080 A1 veröffentlicht. Diese beruht auf einem Glockenmodell und umfasst eine Wasserschale mit darüber anordenbarer Glas- oder Kunststoffhaube mit einer Auffangrinne für das an der Innenseite der Haube kondensierte Wasser. Diese Erfindung erbringt aber lediglich eine kleine Wassermenge je Vorrichtung von ca. 1,5 l Wasser/Tag. Beim Eintritt der Sonnenenergie durch das lichtdurchlässige Material wird ein erheblicher Teil der Energie reflektiert, so dass nur eine geringer Wirkungsgrad erreicht wird. Eine zusätzliche Wärmerückgewinnung der Kondensationsenergie kann überhaupt nicht stattfinden. Diese wird ungenutzt an die Umgebungsluft abgegeben.
Die Offenlegungsschrift DE 26 50 482 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser ebenso nach dem Destillationsprinzip. Dort ist nach Anspruch 2 die Abdeckung, an der das Wasser kondensiert, als Teil des Zulaufsystems so ausgebildet, dass eine Vorerwärmung durch das Sonnenlicht stattfinden soll. Die dabei durchflossenen Hohlräume müssen erfindungsgemäß niedrig sein, damit das darin geführte Rohwasser nicht zu einer Lichtundurchlässigkeit führt. Es kann daher kein vollkommen verschmutztes Rohwasser verwendet werden. Darüber hinaus findet auch keine unmittelbare Wärmerückgewinnung aus der Kondensationsenergie statt, da zum einen die eingesetzten Materialien nur gering leitfähig sind (nur geringer Übertrag der Kondensationsenergie in die vom Rohwasser durchflossenen Holräume) und zum anderen nach der dortigen 12 das Rohwasser nicht unmittelbar dem Verdunstungsprozess zugeführt wird, sondern zunächst in einen Großbehälter geleitet und mit Kaltwasser vermischt wird, so dass bei der Rohwasserumwälzung wieder Energie verloren geht. Der Wirkungsgrad ist deutlich niedriger als in der hier vorgestellten Vorrichtung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung beschreibt ein energieeffizientes Verfahren und eine mobile Vorrichtung zur Destillation von Rohwasser. Nach Angaben der WHO trinken täglich mehr als 1 Milliarde Menschen verschmutztes Wasser. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher vor allem in Gebieten eingesetzt werden, in denen sauberes Trinkwasser bereitgestellt werden soll, ohne dass eine entsprechende Infrastruktur vorhanden ist, wie zum Beispiel in unzugänglichen Regionen von Entwicklungsländern oder in Katastrophengebieten.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip der Destillation und hat gegenüber Methoden, die UV-Strahlen zum Abtöten der Keime benutzen, den Vorteil, dass auch weitere Verschmutzungen (zum Beispiel durch Chemikalien) vom Trinkwasser abgetrennt werden. Schon seit langem hat das Prinzip der Destillation besondere Bedeutung bei der Entsalzung von Meerwasser.
Gegenüber chemischen, biologischen oder Membran gestützten Verfahren hat die Erfindung den Vorteil, dass sie recht einfach und ohne größeren technischen Aufwand zu realisieren und zu betreiben ist.
Die Wasseraufbereitungsleistung der Vorrichtung ist im absoluten Vergleich und vor allem unter dem Aspekt der Energiebilanz hervorragend.
Beschreibung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in bevorzugter Weise aus einem halbkugelförmigen, hohlen und nach unten hin offenen Gehäuse (1a, 1b, 1c, 1d), welches auf seiner äußeren Mantelfläche über eine gewendelte Zuleitung (1) (Kühlwendel) mit einem unten liegenden Eingang (2) und einem oben liegenden Ausgang (3) verfügt, in der das zu destillierende Rohwasser zur Kühlung der Mantelfläche vom Eingang zum Ausgang geführt wird. Weiter umfasst die Vorrichtung im Bereich ihres größten Durchmessers eine an der Innenseite der Mantelfläche umlaufende, nach oben hin offene Rinne (4) zum Auffangen und Ableiten des Destillats mit mindestens einem Auslass (5). Das Material des Gehäuses verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese ähnlich einem Deckel (6) auf ein erwärmbares Gefäß aufgesetzt (2), welches auch ein handelsüblicher Kochtopf (7) sein kann und durch eine externe Wärmequelle (8) erhitzt wird. Das aus dem Auslauf der Zuleitung austretende Rohwasser gelangt (tropft) direkt in den erwärmbaren Behälter, verdampft dort und kondensiert an der Innenseite der Mantelfläche der Vorrichtung. Aufgrund des Gefälles und der Wölbung erreicht das Destillat entlang dieser Innenseiten die Auffangrinne, von der aus es über einen Auslass in einen Auffangbehälter geleitet werden kann.
Die Zuleitung des Rohwassers erfolgt dabei zunächst über eine Dosiereinrichtung (10) (manuell verstellbares Ventil) am Vorratsbehälter (9) und, da der Vorratsbehälter höher aufgestellt ist als der erwärmbare Behälter (7) mit dem aufgesetzten, gewölbten Deckel, aufgrund hydrostatischen Drucks.
Infolge der Kondensation des Dampfes aus dem erhitzten Wassers wird an der Innenseite der Mantelfläche Kondensationsenergie frei, die wegen guter Wärmeleitfähigkeit des Mantelmaterials an die außen umlaufende Rohwasserzuleitung abgegeben wird, so dass ein Vorheizen des zu destillierenden Rohwassers beim Durchströmen der gewendelten Zuleitung (1) erfolgt.
Zur Verbesserung der Vorwärmung kann auf der der Mantelfläche des Gehäuses abgewandten Seite der Zuleitung ein Material mit hohem Absorptionsgrad aufgebracht werden (z. B. schwarze Farbe).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgeschlagene Vorrichtung in Verbindung mit einem Solarkocher zu betreiben, der das Gefäß, in welches das Rohwasser vorgewärmt tropft, erhitzt (solare Destillation).
In weiteren Anwendungsweisen kann die Erhitzung des Gefäßes aber auch durch jede andere externe Wärmequelle wie, Feuer, Gas, etc. erfolgen.
In der einfachsten Form handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein nach unten offenes Gehäuse mit Sammelrinne zum Auffangen des Kondensats. Durch diese Anordnung ergeben sich große Freiheiten bei der Materialwahl. Im Gegensatz zu anderen Erfindungen wird bevorzugt ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Erreichung einer hohen Energieeffizienz verwendet, die sich direkt auf die Wasseraufbereitungsleistung auswirkt. Materialien ähnlicher Vorrichtungen erfordern aber wegen des Energieeintrags durch die Sonne regelmäßig lichtdurchlässige Materialien wie Glas oder Kunststoffe, die nur über verschwindend geringe Wärmeleitfähigkeiten verfügen.
Die bevorzugt gestaltete Vorrichtung verfügt über eine außen am Gehäuse anliegende Zuleitung (Kühlwendel), die abhängig vom Betrieb in sonnigen Gebietern oder auch in dunklen Bereichen (z. B. im Gebäude) entweder vollständig aus einem wärmeleitfähigen Material besteht oder auch zusätzlich auf der vom Gehäuse abgewandten Seite mit einem Material mit hohem Absorptionsgrad beschichtet wird. Damit wird ein Wärmeeintrag aus Sonnenstrahlung an der der Mantelfläche abgewandten Seite ermöglicht beziehungsweise eine Abstrahlung auf diese Seite eingeschränkt, während auf der Unterseite der Kühlwendel Kondensationswärme aufgenommen wird. Damit kann das Rohwasser durch mehrere Wärmequellen erwärmt und somit ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen, da auch Materialien mit hohem Absorptionsgrad kumulativ zu den Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden können.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt an der Verwendbarkeit auch zusammen mit handelsüblichen Produkten wie z. B. Kochtöpfen, auf die die Vorrichtung wie ein Deckel aufgesetzt wird. Durch die extra breite Ausbildung der Sammelrinne für das Kondensat kann die Vorrichtung auch auf Gefäße (Töpfe) mit unterschiedlichem Durchmesser aufgesetzt werden.
Da das Gehäuse (Deckel) nicht dampffest mit dem zu erwärmenden Gefäß (Topf) verbunden ist, kann im Falle eines Überdrucks der Dampf unproblematisch entweichen und es entsteht keine Situation wie bei einem Dampfkochtopf, bei dem ein Sicherheitsventil erforderlich ist.
Der Aufbau und der Betrieb der Vorrichtung sind ohne besondere Hilfsmittel und äußerst kostengünstig möglich. Es bedarf lediglich des Gehäuses (Deckels) und einer Zu- und Ableitung zum und vom Gehäuse, z. B. eines Schlauchs, sofern ein erwärmbares Gefäß und eine externe Wärmequelle vorhanden sind. Während des Betriebes ist allenfalls das erwärmbare Gefäß (Topf) von Zeit zu Zeit zu entleeren, wenn sich durch die Verdampfung Rückstände gebildet haben.
Es wird eine mobile Vorrichtung in Form eines hohlen, nach unten hin offenen Gehäuses zur Destillation von Rohwasser vorgestellt, die als Deckel auf handelsübliche, erwärmbare Gefäße (Töpfe) unterschiedlicher Größe aufgesetzt werden kann. Zur Verbesserung der Energieeffizienz verfügt das Gehäuse auf seiner äußeren Mantelfläche über eine gewendelte Zuleitung (Kühlwendel) mit einem unten liegenden Eingang und einem oben liegenden Ausgang, in der das zu destillierende Rohwasser einerseits die Kühlung der Kondensationsfläche des Gehäuses bewirkt und damit gleichzeitig die frei werdende Kondensationsenergie zur Vorwärmung des Rohwassers aufnimmt. Weiter umfasst die Vorrichtung im Bereich ihres größten Durchmessers eine an der Innenseite der Mantelfläche umlaufende, nach oben hin offene Rinne (Auffangrinne) mit mindestens einem Auslass zum Auffangen und Ableiten des Destillats.
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

- DE 10155080 A1 [0002]
- DE 2650482 A1 [0003]

Claims

Mobile Vorrichtung zur Destillation von Rohwasser als ein auf einen erwärmbaren Behälter (Kochtopf) aufsetzbares gewölbtes Gehäuse (Deckel), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung des Rohwassers auf der Außenseite des gewölbten Gehäuses von unten nach oben am Gehäuse anliegend geführt wird (Kühlwendel) und dort über eine Öffnung im Gehäuse das Rohwasser einleitet, das dann in den darunter liegenden Behälter fließen kann, und dass die Vorrichtung im Bereich Ihres größten Durchmessers an der Innenseite eine nach oben hin offene Auffangrinne mit mindestens einer Öffnung zum Ableiten des Destillats umfasst.
Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine nach unten offene Halbkugel ist oder einen anderen gewölbten oder zumindest teilweise gewölbten und/oder pyramidenstumpfförmigen Querschnitt hat.
Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des gewölbten Gehäuses über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügt und nicht für das Sonnenlicht durchscheinbar ist.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Kühlwendel über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügt und nicht für das Sonnenlicht durchscheinbar ist.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kühlwendel rund oder eckig ist oder einen beliebigen Querschnitt haben kann, der eine möglichst vollflächige Verbindung mit dem Gehäuse ermöglicht, um so eine möglichst effiziente Wärmerückgewinnung aus der Kondensationsenergie zu gewährleisten.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwendel auf der vom Gehäuse abgewandten Seite wärmeisoliert ist, um Abstrahlung der Wärme zu verhindern.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwendel auf der vom Gehäuse abgewandten Seite einen hohen Wärmeabsorptionsgrad besitzt, um so zusätzlichen Energieeintrag aus Sonneneinstrahlung zu ermöglichen.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung mit einer Auslassöffnung vorgesehen ist, die durch eine Düse abschließbar ist, mittels der das ausfließende Wasser in kleinen Mengen dosierbar ist.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmbare Behälter mit einem Solarkocher aufheizbar ist.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmbare Behälter mit einer beliebigen Wärmequelle erhitzt werden kann.
Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem erwärmbaren Behälter um einen handelsüblichen Kochtopf handelt.
Mobile Vorrichtung zur Destillation von Rohwasser als ein auf einen erwärmbaren Behälter (Kochtopf) aufsetzbares gewölbtes Gehäuse (Deckel), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung des Rohwassers ohne anliegende Führung an der Außenseite des Gehäuses unmittelbar über eine Öffnung im Gehäuse erfolgt, das dann in den darunter liegenden Behälter fließen kann, und dass die Vorrichtung im Bereich Ihres größten Durchmessers an der Innenseite eine nach oben hin offene Auffangrinne mit mindestens einer Öffnung zum Ableiten des Destillats umfasst.
Mobile Vorrichtung zur Destillation von Rohwasser als ein auf einen erwärmbaren Behälter (Kochtopf) aufsetzbares gewölbtes Gehäuse (Deckel), dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb sich das Rohwasser bereits in dem zu erwärmenden Behälter befindet und dass die Vorrichtung im Bereich Ihres größten Durchmessers an der Innenseite eine nach oben hin offene Auffangrinne mit mindestens einer Öffnung zum Ableiten des Destillats umfasst.