DE102019109358A1

DE102019109358A1 - Process and device for solar thermal distillation or sterilization of liquids

Info

Publication number: DE102019109358A1
Application number: DE102019109358.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Destillation oder thermischen Sterilisierung von Flüssigkeiten angegeben, wobei eine Rohflüssigkeit in einem Solarkollektor (12) aufgeheizt wird, verdampft und anschließend in einem Zwischenspeicher (20) wieder kondensiert wird, oder indem die Rohflüssigkeit im Solarkollektor (12) zumindest bis auf eine zur Sterilisation notwendige Mindesttemperatur aufgeheizt wird, thermisch sterilisiert wird und dem Zwischenspeicher (20) zugeführt wird, wobei die destillierte oder sterilisierte Flüssigkeit stofflich getrennt von der Rohflüssigkeit durch den Zwischenspeicher (20) geführt wird und im Zwischenspeicher (20) ein Wärmeaustausch mit der Rohflüssigkeit erfolgt, die dem Solarkollektor (12) zugeführt wirdA device and a method for the distillation or thermal sterilization of liquids are specified, wherein a raw liquid is heated up in a solar collector (12), evaporated and then condensed again in an intermediate storage device (20), or by the raw liquid being stored in the solar collector (12). is heated to at least a minimum temperature necessary for sterilization, is thermally sterilized and fed to the intermediate storage (20), the distilled or sterilized liquid being routed materially separated from the raw liquid through the intermediate storage (20) and a heat exchange in the intermediate storage (20) takes place with the raw liquid which is fed to the solar collector (12)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur solarthermischen Destillation oder Sterilisation von Flüssigkeiten.The invention relates to a method and a device for solar thermal distillation or sterilization of liquids.

Die Trinkwasserversorgung, aber auch die Bewässerung von landwirtschaftlichen Nutzflächen, stellt in vielen Gebieten der Erde, besonders in Entwicklungsländern, ein zunehmendes Problem dar. Es gibt zwar zahlreiche Verfahren zur Meerwasserentsalzung, jedoch sind diese für einen großflächigen Einsatz in Entwicklungsländern wegen zu hoher Investitionskosten in der Regel nicht geeignet.The drinking water supply, but also the irrigation of agricultural areas, is an increasing problem in many areas of the world, especially in developing countries. There are numerous methods for seawater desalination, but these are for large-scale use in developing countries because of too high investment costs Usually not suitable.

Zudem entsteht in Katastrophengebieten bei einer ständig zunehmenden Zahl von Naturkatastrophen ein kurzfristiger Bedarf zur Bereitstellung von Trinkwasser und zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Wasser auf möglichst einfache und kostengünstige Weise.In addition, in disaster areas with a constantly increasing number of natural disasters, there is a short-term need to provide drinking water and to sterilize or disinfect water in the simplest and most cost-effective way possible.

Im Stand der Technik bekannte Wasserentsalzungsverfahren lassen sich in zwei Bereiche einteilen. Zum einen gibt es Verfahren mit Phasenwechsel und zum anderen Verfahren ohne Phasenwechsel. Allgemein sind Verfahren ohne Phasenwechsel entweder der Membranfiltertechnik oder der chemischen Elektrolyse zuzuordnen, wohingegen Verfahren mit Phasenwechsel thermodynamischen/-hydraulischen Prozessen unterliegen.Water desalination processes known in the prior art can be divided into two areas. On the one hand there are processes with a phase change and on the other hand there are processes without a phase change. In general, processes without a phase change can be assigned to either membrane filter technology or chemical electrolysis, whereas processes with a phase change are subject to thermodynamic / hydraulic processes.

Aus der DE 20 2017 001 429 U1 ist eine solare Entsalzungsanlage nach dem Mehrstufendestillationsverfahren bekannt. Hierbei wird ein Kollektorfeld bestehend aus Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren so angeordnet, dass eine Wärmeeinkopplung in eine Entsalzungsanlage mit einem Ölkreislauf über Naturkonvektion, oder kontrolliert mittels einer Umwälzpumpe erfolgt. Die Entsalzungsanlage arbeitet nach dem Destillationsprinzip mit einem geschlossenen Destillationskreislauf.From the DE 20 2017 001 429 U1 a solar desalination plant based on the multi-stage distillation process is known. Here, a collector field consisting of flat-plate collectors or vacuum tube collectors is arranged in such a way that heat is coupled into a desalination system with an oil circuit via natural convection or controlled by means of a circulating pump. The desalination plant works according to the distillation principle with a closed distillation cycle.

Aus der EP 0 922 676 A1 ist eine Entsalzungsanlage bekannt, mit einem Flachkollektor zum Aufheizen eines Heizmediums, und mit einem Wärmeaustauscher, der mit einem Verdampfergefäß gekoppelt ist, um darin Rohwasser aufzuheizen, bis dieses verdampft, um schließlich in einem Kondensator wieder aufgefangen zu werden.From the EP 0 922 676 A1 a desalination plant is known, with a flat plate collector for heating a heating medium, and with a heat exchanger which is coupled to an evaporator vessel in order to heat raw water therein until it evaporates and is finally collected again in a condenser.

Ferner sind aus der DE 10 2006 010 894 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Mehrwasserentsalzung bekannt, mit einer Destillationseinrichtung, wobei zur Beheizung ein solarthermischen Sonnenkollektor verwendet wird, auf den Sonnenlicht mit Spiegeln gebündelt wird. Die thermische Prozesswärme des Sonnenkollektors wird für einen nachgeschaltenen Verdampfungsprozess genutzt. Bei diesem Verfahren gibt der Solarabsorber das von Reflektionsspiegeln gebündelte Sonnenlicht direkt durch Wärmeleitung, an einen Wärmeübertrager (Wärmetauscher) ab. Ein Solarkreis (Primärkreislauf) in dem sich beispielsweise ein Salzhydrat oder ein organisches Wärmeträgermedien befindet, ist zunächst nicht vorgesehen, da bei direktem Kontakt zwischen dem Werkstoff des Solarabsorbers und dem Wärmeübertrager, die Wärmeleitung gewährleistet ist. In einer zweiten Variante kommt im Primärkreislauf beispielsweise ein Hochtemperaturöl als Wärmeträgermedium zum Einsatz, welches vom Solarabsorber-je nach Solarstrahlungsangebot am lokalen Standort - auf bis zu 300 °C erwärmt werden kann. Insgesamt wird bei beiden Varianten eine stoffliche und hydraulische Trennung zwischen dem im Destillationsbehälter befindenden Rohwasser und dem Solarabsorber eingehalten.Furthermore, from the DE 10 2006 010 894 A1 a device and a method for more water desalination known, with a distillation device, wherein a solar thermal solar collector is used for heating, is focused on the sunlight with mirrors. The thermal process heat from the solar collector is used for a downstream evaporation process. With this method, the solar absorber emits the sunlight, which is bundled by reflecting mirrors, directly through heat conduction to a heat exchanger (heat exchanger). A solar circuit (primary circuit) in which there is, for example, a salt hydrate or an organic heat transfer medium is initially not provided, since direct contact between the material of the solar absorber and the heat exchanger ensures heat conduction. In a second variant, for example, a high-temperature oil is used as a heat transfer medium in the primary circuit, which the solar absorber - depending on the solar radiation available at the local location - can be heated to up to 300 ° C. Overall, a material and hydraulic separation between the raw water in the distillation tank and the solar absorber is maintained in both variants.

Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind sämtlich noch relativ kompliziert aufgebaut und sind insbesondere hinsichtlich ihres Energiebedarfs noch verbesserungswürdig.The known devices and methods are all of a relatively complex construction and are in need of improvement, especially with regard to their energy requirements.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Destillation oder zur Sterilisation von Flüssigkeiten zu offenbaren, womit ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau und Betrieb ermöglicht sind. Insbesondere soll eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Bereitstellung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Wasser mit gutem Wirkungsgrad und einfacher Betriebsweise angegeben werden.The invention is therefore based on the object of disclosing a method and a device for distilling or sterilizing liquids, which enables a particularly simple and cost-effective construction and operation. In particular, a simple and inexpensive possibility of providing drinking water or of sterilizing or disinfecting water with good efficiency and a simple mode of operation is to be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Destillation oder thermischen Sterilisierung von Flüssigkeiten, bei dem eine Rohflüssigkeit in einem Solarkollektor aufgeheizt wird, verdampft und anschließend in einem Zwischenspeicher wieder kondensiert wird, oder indem die Rohflüssigkeit im Solarkollektor zumindest bis auf eine zur Sterilisation notwendige Mindesttemperatur aufgeheizt wird, thermisch sterilisiert wird und dem Zwischenspeicher zugeführt wird, wobei die destillierte oder sterilisierte Flüssigkeit stofflich getrennt von der Rohflüssigkeit durch den Zwischenspeicher geführt wird und im Zwischenspeicher ein Wärmeaustausch mit der Rohflüssigkeit erfolgt, die dem Solarkollektor zugeführt wird.This object is achieved according to the invention by a method for the distillation or thermal sterilization of liquids in which a raw liquid is heated up in a solar collector, evaporated and then condensed again in an intermediate storage device, or by the raw liquid in the solar collector at least up to a minimum temperature necessary for sterilization is heated, is thermally sterilized and is fed to the intermediate storage, the distilled or sterilized liquid being materially separated from the raw liquid through the intermediate storage and a heat exchange takes place in the intermediate storage with the raw liquid that is fed to the solar collector.

Die Aufgabe wird ferner hinsichtlich der Vorrichtung gelöst durch eine Vorrichtung zur Destillation oder zur thermischen Sterilisierung von Flüssigkeiten, mit mindestens einem Solarkollektor, an dessen Vorlauf eine Austrittsleitung angeschlossen ist, die durch einen Zwischenspeicher geführt ist, wobei die Austrittsleitung einen Wärmetauscher zur Aufheizung von im Zwischenspeicher aufgenommer Rohflüssigkeit bildet, und wobei der Zwischenspeicher zur Zuführung von Rohflüssigkeit über eine Leitung mit dem Rücklauf des Solarkollektors gekoppelt ist.The object is also achieved with regard to the device by a device for the distillation or thermal sterilization of liquids, with at least one solar collector, to the flow of which an outlet line is connected, which is passed through an intermediate store, the outlet line having a heat exchanger for heating in the intermediate store forms absorbed raw liquid, and wherein the intermediate storage for supplying raw liquid is coupled via a line to the return of the solar collector.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.

Erfindungsgemäß wird auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Destillation oder alternativ eine thermische Sterilisation von Flüssigkeiten ermöglicht. Dabei ist keinerlei elektrischer Antrieb, etwa für eine Pumpe, notwendig. Auf diese Weise können das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Weiteres in Katastrophengebieten und/oder in Entwicklungsländern verwendet werden, um entweder aus Salzwasser oder aus mikrobiologisch verunreinigtem Süßwasser Trinkwasser herzustellen. Zum Betrieb sind einzig Solarenergie und das entsprechende Rohwasser erforderlich.According to the invention, a distillation or, alternatively, a thermal sterilization of liquids is made possible in a particularly simple and inexpensive manner. No electrical drive, for example for a pump, is necessary. In this way, the method according to the invention and the device according to the invention can easily be used in disaster areas and / or in developing countries in order to produce drinking water either from salt water or from microbiologically contaminated fresh water. Only solar energy and the corresponding raw water are required for operation.

Gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren gemäß Stand dem Technik, wobei üblicherweise ein Solarkollektor verwendet wird, um einen Primärkreislauf zu beheizen, von dem über einen Wärmetauscher ein Sekundärkreislauf beheizt wird, in dem Salzwasser durch Destillation gereinigt wird, zeichnen sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass die aufzureinigende Rohflüssigkeit unmittelbar durch den Solarkollektor erhitzt wird. Auf diese Weise wird der Aufbau vereinfacht, eine aktive Umwälzung mittels Pumpen kann entfallen und der Wirkungsgrad wird verbessert.Compared to known devices and methods according to the prior art, where a solar collector is usually used to heat a primary circuit, of which a secondary circuit is heated via a heat exchanger, in which salt water is purified by distillation, the method according to the invention and the device according to the invention stand out characterized in that the raw liquid to be purified is heated directly by the solar collector. In this way, the structure is simplified, an active circulation by means of pumps can be omitted and the efficiency is improved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Falle der Verdampfung thermisches Sieden durchgeführt, wobei der Druck am Vorlauf des Solarkollektors größer oder gleich dem Umgebungsdruck gehalten wird.In a further embodiment of the invention, thermal boiling is carried out in the case of evaporation, the pressure at the flow of the solar collector being kept greater than or equal to the ambient pressure.

Es hat sich gezeigt und es wurde experimentell nachgewiesen, dass der Umlauf ohne zusätzliche Pumpenunterstützung durch thermisches Sieden ermöglicht ist. Um sicherzustellen, dass tatsächlich eine Verdampfung am Ausgang (Vorlauf) des Solarkollektors erfolgt, sollte sichergestellt werden, dass der Druck am Vorlauf des Solarkollektors größer oder gleich dem Umgebungsdruck ist. Nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren stellen sich auf natürliche Weise gleiche Flüssigkeitsniveaus am Vorlauf des Solarkollektors und im Zwischenspeicher ein, da der Ausgang des Zwischenspeichers mit dem Rücklauf (Eingang) des Solarkollektors fluidmäßig verbunden ist. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass nicht zu schnell Rohflüssigkeit in den Zwischenspeicher eingebracht wird, so dass sich an der Austrittsleitung aus dem Vorlaufanschluss des Solarkollektors nur eine Benetzung mit Rohflüssigkeit bis zu maximal etwa 50 % einstellt. Ansonsten könnte sich eine Beeinträchtigung des Siedevorgangs ergeben. Bei einer Vollbenetzung könnten die Dampfblasen im umgebenden Rohwasser nur schwer entweichen bzw. sich nur schwer aus der umgebenden flüssigen Phase lösen.It has been shown and it has been proven experimentally that the circulation is made possible without additional pump support by thermal boiling. To ensure that evaporation actually takes place at the outlet (flow) of the solar collector, it should be ensured that the pressure at the flow of the solar collector is greater than or equal to the ambient pressure. According to the principle of communicating tubes, the same liquid levels naturally occur in the flow of the solar collector and in the intermediate storage, since the outlet of the intermediate storage is fluidly connected to the return (inlet) of the solar collector. Care should be taken, however, that raw liquid is not introduced into the intermediate storage device too quickly, so that only a maximum of about 50% wetting with raw liquid occurs on the outlet line from the flow connection of the solar collector. Otherwise the boiling process could be impaired. In the case of full wetting, the vapor bubbles in the surrounding raw water would be difficult to escape or would be difficult to detach from the surrounding liquid phase.

Soll jedoch thermisches Sieden vermieden werden und stattdessen lediglich eine thermische Sterilisierung durchgeführt werden, so wird dies in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch eine Druckerhöhung am Vorlauf des Solarkollektors gegenüber dem Umgebungsdruck erreicht, und die Flüssigkeit wird durch Schwerkraftumwälzung durch den Solarkollektor umgewälzt.However, if thermal boiling is to be avoided and instead only thermal sterilization should be carried out, this is achieved in a further embodiment of the invention by increasing the pressure on the flow of the solar collector compared to the ambient pressure, and the liquid is circulated through the solar collector by gravity circulation.

Mit einer solchermaßen erreichten thermischen Sterilisierung können deutlich höhere Durchsätze erzielt werden, da der Verdampfungsvorgang und der Kondensationsvorgang entfallen. Sofern genügend Rohwasser (in Form von Süßwasser), das nur mit Mikroorganismen verunreinigt ist, zur Verfügung steht, kann so mit einem gegebenen Solarkollektor eine deutlich erhöhte Trinkwassermenge pro Zeiteinheit erzeugt werden.With a thermal sterilization achieved in this way, significantly higher throughputs can be achieved, since the evaporation process and the condensation process are omitted. If there is enough raw water (in the form of fresh water) that is only contaminated with microorganisms, a significantly increased amount of drinking water per unit of time can be generated with a given solar collector.

Hierzu wird die Druckerhöhung bevorzugt derart eingestellt, dass das Flüssigkeitsniveau der Rohflüssigkeit im Zwischenspeicher oberhalb des Flüssigkeitsniveaus am Vorlauf des Solarkollektors liegt, vorzugsweise um etwa 5 bis 50 cm, weiter bevorzugt um etwa 10 bis 20 cm angehoben ist.For this purpose, the pressure increase is preferably set such that the liquid level of the raw liquid in the intermediate storage is above the liquid level at the flow of the solar collector, preferably by about 5 to 50 cm, more preferably by about 10 to 20 cm.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur am Vorlauf des Solarkollektors im Falle der thermischen Sterilisierung auf mindestens 80 °C, besonders bevorzugt auf mindestens 95 °C gehalten.In a further embodiment of the invention, the temperature at the flow line of the solar collector is kept at at least 80 ° C., particularly preferably at least 95 ° C., in the case of thermal sterilization.

Vorzugsweise wird hierbei zusätzlich eine Durchlaufzeit vom Vorlauf des Solarkollektors bis zum Austritt aus dem Zwischenspeicher von mindestens fünf, vorzugsweise von mindestens zehn Minuten eingehalten.In this case, a throughput time of at least five, preferably of at least ten minutes from the advance of the solar collector to the exit from the intermediate storage device is preferably also observed.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die meisten trinkwasserrelevanten Mikroorganismen thermisch inaktiviert werden.This ensures that most of the microorganisms relevant to drinking water are thermally inactivated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Zwischenspeicher Rohflüssigkeit entnommen und vor der Zuführung zum Rücklauf des Solarkollektors abgekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur von 20 bis 45 °C, weiter bevorzugt auf eine Temperatur von 25 bis 40 °C.In a further embodiment of the invention, raw liquid is withdrawn from the intermediate store and cooled down, preferably to a temperature of 20 to 45 ° C, more preferably to a temperature of 25 to 40 ° C, before being fed to the return line of the solar collector.

Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad ergibt. Durch den erhöhten Wirkungsgrad des Solarkollektors bei verringerter Eintrittstemperatur am Rücklauf werden thermische Verluste, die durch die Abkühlung der vorgewärmten Rohflüssigkeit aus dem Zwischenspeicher auftreten, überkompensiert. Es ergibt sich ein Optimalwert, der gemäß Berechnungen mit typischen Referenzdaten, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, bei etwa 30 bis 33 °C liegt.It has been shown that this results in an improved overall efficiency. Due to the increased efficiency of the solar collector with a reduced inlet temperature at the return, thermal losses that occur due to the cooling of the preheated raw liquid from the intermediate storage are overcompensated. The result is an optimum value which, according to calculations with typical reference data, as will be explained in more detail below, is around 30 to 33 ° C.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Rohflüssigkeit zunächst gefiltert, vorzugsweise werden Eisen- und Manganionen, sowie partikulär gelöste organische Trübstoffe ausgefiltert.In a further embodiment of the invention, the raw liquid is first filtered, preferably iron and manganese ions, as well as particulate dissolved organic turbid substances are filtered out.

Diese Maßnahme ist vorteilhaft, um Verunreinigungen, soweit wie möglich, zuvor zu entfernen, um eine unnötiges Zusetzen der Apparatur durch Eisen- und Manganausfällungen und Trübstoffe zu vermeiden. Gleichfalls werden erhöhte, dem Menschen unzuträgliche Eisen- und Magnesiumkonzentrationen vermieden, die insbesondere in Überflutungsgebieten auftreten können.This measure is advantageous in order to remove impurities beforehand, as far as possible, in order to avoid unnecessary clogging of the apparatus due to iron and manganese precipitates and turbidity. At the same time, increased iron and magnesium concentrations, which are unsuitable for humans and which can occur especially in floodplains, are avoided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird destillierte Flüssigkeit teilweise mit gefilterter Rohflüssigkeit vermischt, um teilweise aufgesalzenes Trinkwasser zu erhalten.In a further embodiment of the invention, distilled liquid is partially mixed with filtered raw liquid in order to obtain partially salted drinking water.

Auf diese Weise kann einerseits die Gesamtmenge an erhaltenem Trinkwasser vergrößert werden, andererseits können gewisse Salzzusätze, die für das Trinkwasser möglich sind, dem Trinkwasser bis zu den für den Menschen zuträglichen Grenzkonzentrationen zugesetzt werden.In this way, on the one hand, the total amount of drinking water obtained can be increased; on the other hand, certain salt additives that are possible for the drinking water can be added to the drinking water up to the limit concentrations that are beneficial for humans.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Rohflüssigkeit im Zwischenspeicher thermisch entcarbonisiert, um aus Salzwasser Kalzium- und Magnesiumionen auszufällen, wozu vorzugsweise eine Aufheizung auf 50 bis 80 °C, besonders bevorzugt auf 65 bis 80 °C erfolgt.In a further embodiment of the invention, the raw liquid is thermally decarbonized in the intermediate storage device in order to precipitate calcium and magnesium ions from salt water, for which purpose it is preferably heated to 50 to 80 ° C, particularly preferably to 65 to 80 ° C.

Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass sich die Absorberrohre des Solarkollektors vorzeitig durch Ablagerungen von Kalzium- und Magnesiumsalzen zusetzen (Kalzit- und Magnesitausfällungen). Die Ausfällungen können aus dem Zwischenspeicher in regelmäßigen Abständen nach außen entleert werden.This measure prevents the absorber pipes of the solar collector from becoming clogged prematurely due to deposits of calcium and magnesium salts (calcite and magnesite precipitations). The precipitates can be emptied to the outside from the intermediate storage at regular intervals.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Solarkollektor als Flachkollektor ausgebildet ist, dessen Vorlauf mit dem Zwischenspeicher über ein von oben in den Zwischenspeicher eintretendes Kondensationsrohr gekoppelt ist.In a further embodiment of the invention, the solar collector is designed as a flat-plate collector, the flow of which is coupled to the intermediate storage unit via a condensation pipe entering the intermediate storage unit from above.

Obwohl grundsätzlich auch andere Kollektorenarten verwendbar sind, wie z.B. Vakuumröhrenkollektoren, die einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweisen, ist die Verwendung von Flachkollektoren besonders vorteilhaft, da sich hierbei ein besonders einfacher und robuster, sowie kostengünstiger Aufbau ergibt.Although in principle other types of collectors can also be used, e.g. Vacuum tube collectors, which have a significantly higher degree of efficiency, the use of flat-plate collectors is particularly advantageous, since this results in a particularly simple, robust and cost-effective structure.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt sich an das Kondensationsrohr ein Wärmeaustauschrohr, vorzugsweise in Form einer Kühlspirale, an.In a further embodiment of the invention, the condensation tube is followed by a heat exchange tube, preferably in the form of a cooling spiral.

Auf diese Weise ist ein sehr effektiver Wärmeübergang gewährleistet.In this way, a very effective heat transfer is guaranteed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Zwischenspeicher ein Filter vorgeschaltet, über das dem Zwischenspeicher Rohflüssigkeit zuführbar ist.In a further embodiment of the invention, a filter is connected upstream of the intermediate store, via which filter raw liquid can be fed to the intermediate store.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Filter zumindest eine Sandschüttung und vorzugsweise zumindest ein Eisen- und Manganschnellfilter, sowie vorzugsweise eine Sprühbelüftung auf. Für die Sprühbelüftung kann beispielsweise ein handelsüblicher Duschkopf für eine Brause verwendet werden.In a further embodiment of the invention, the filter has at least one bed of sand and preferably at least one iron and manganese quick filter, as well as preferably spray ventilation. For example, a commercially available shower head for a shower head can be used for spray ventilation.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Eisen- und Manganschnellfilter ein basisches Filtermaterial zur bakteriellen Eisen- und Manganoxidation/Reduktion und/oder zur Entfernung von Eisen(II)/Eisen(III)-Spezies und/oder von Mangan(II)/Mangan(IV)-Spezies, sowie vorzugsweise von partikulär gelösten organischen Trübstoffen, auf, vorzugsweise eine halbgebrannte Dolomitsteinkörnung.In a further embodiment of the invention, the iron and manganese quick filter has a basic filter material for bacterial iron and manganese oxidation / reduction and / or for the removal of iron (II) / iron (III) species and / or of manganese (II) / manganese ( IV) species, as well as preferably of particulate dissolved organic turbidity, preferably a semi-burnt dolomite stone grain.

Durch diese Maßnahmen werden Verunreinigungen soweit wie möglich zuvor entfernt, bevor eine thermische Behandlung der Rohflüssigkeit beginnt.By means of these measures, impurities are removed as far as possible before a thermal treatment of the raw liquid begins.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Niveauregulierungseinrichtung vorgesehen, mittels derer das Flüssigkeitsniveau im Zwischenspeicher gegenüber dem Flüssigkeitsniveau an der Austrittsleitung aus dem Rücklauf des Solarkollektors regulierbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein mechanisch/hydraulischer Schwimmer-Hebemechanismus verwendet werden, wie etwa bei Toilettenspülkästen bekannt.In a further embodiment of the invention, a level regulating device is provided, by means of which the liquid level in the intermediate storage can be regulated in relation to the liquid level on the outlet line from the return of the solar collector. For example, a mechanical / hydraulic float lifting mechanism can be used for this purpose, as is known, for example, from toilet cisterns.

Auf diese Weise kann die Betriebsweise der Vorrichtung - entweder thermisches Sieden oder thermische Sterilisierung - gesteuert werden.In this way the operation of the device - either thermal boiling or thermal sterilization - can be controlled.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Niveauregulierungseinrichtung derart einstellbar, dass das Flüssigkeitsniveau der Austrittsleitung aus dem Vorlauf des Solarkollektors dem Flüssigkeitsniveau der Rohflüssigkeit im Zwischenspeicher entspricht oder darüber liegt.In a further embodiment of the invention, the level regulating device is adjustable in such a way that the liquid level of the outlet line from the flow of the solar collector corresponds to or is above the liquid level of the raw liquid in the intermediate storage.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Siedevorgang nicht durch zu viel Flüssigkeit behindert wird und dass thermisches Sieden erfolgt.This ensures that the boiling process is not hindered by too much liquid and that thermal boiling occurs.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Niveauregulierungseinrichtung derart einstellbar, dass das Flüssigkeitsniveau der Austrittsleitung aus dem Vorlauf des Solarkollektors unterhalb des Flüssigkeitsniveaus der Rohflüssigkeit im Zwischenspeicher liegt.In a further embodiment of the invention, the level regulating device is adjustable such that the liquid level of the outlet line from the flow of the solar collector is below the liquid level of the raw liquid in the intermediate storage.

Auf diese Weise wird der Siedevorgang verhindert, so dass eine thermische Sterilisierung mit thermischer Umwälzung erreicht werden kann.In this way, the boiling process is prevented, so that thermal sterilization with thermal circulation can be achieved.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Solarkollektor ohne Sonneneinstrahlung (Nachtbetrieb);
1a eine Darstellung des zugehörigen U-Rohr-Modells;
2 eine Darstellung gemäß 1 bei Sonneneinstrahlung (Sonnenstand Zenit);
2a eine Darstellung des zugehörigen dynamischen U-Rohr-Modells;
3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine Darstellung gemäß 3, jedoch als Ausführungsbeispiel mit thermischem Sieden; und
5 eine Darstellung gemäß 4, jedoch als Ausführungsbeispiel mit thermischer Sterilisierung.

Further features and advantages of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:

1 a greatly simplified representation of a device according to the invention with a solar collector without solar radiation (night operation);
1a a representation of the associated U-tube model;
2 a representation according to 1 when exposed to sunlight (position of the sun at its zenith);
2a a representation of the associated dynamic U-tube model;
3 a representation of a device according to the invention;
4th a representation according to 3 , but as an embodiment with thermal boiling; and
5 a representation according to 4th , but as an embodiment with thermal sterilization.

In 1 ist eine stark vereinfachte erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Solarkollektor 12 mit einem Einlass (Rücklauf) 14 und einem Auslass (Vorlauf) 16. Vom Vorlauf 16 des als Flachkollektor ausgebildeten Solarkollektors 12 führt eine Austrittsleitung 18 durch einen Zwischenspeicher 20 mit einem Wärmetauscher 22 zu einer Entnahmeleitung 24, aus der destillierte Flüssigkeit entnommen werden kann. Der Zwischenspeicher 20 ist mit Rohflüssigkeit befüllt, die aus dem Zwischenspeicher 20 über eine Zuführleitung 26 zum Rücklauf 14 des Solarkollektors 12 geführt ist.In 1 is a greatly simplified device according to the invention and shown overall with the number 10 designated. The device 10 includes a solar collector 12 with one inlet (return) 14th and an outlet (flow) 16 . From the forward 16 of the solar collector designed as a flat plate collector 12 leads an outlet line 18th through a buffer 20th with a heat exchanger 22nd to a sampling line 24 , from which the distilled liquid can be taken. The cache 20th is filled with raw liquid from the intermediate storage 20th via a feed line 26th to return 14th of the solar collector 12 is led.

Ohne Solarstrahlung (Nachtbetrieb) befindet sich die Flüssigkeit innerhalb des Zwischenspeichers 20 und der Austrittsleitung 18 aus dem Vorlauf 16 auf dem gleichen Niveau infolge des Prinzips der kommunizierenden Röhren.Without solar radiation (night operation), the liquid is inside the intermediate storage 20th and the outlet line 18th from the forward 16 at the same level due to the principle of communicating tubes.

Dieser Zustand ist in 1a als statisches U-Rohr 28 dargestellt. Beide Rohrenden weisen das gleiche Flüssigkeitsniveau 29, 30 auf.This state is in 1a as a static U-tube 28 shown. Both pipe ends have the same liquid level 29 , 30th on.

2 zeigt die Vorrichtung 10' gemäß 1 für den Fall der Erwärmung des Solarkollektors 12. Im Übrigen werden hierbei, wie auch bei den folgenden Figuren, für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet. 2 shows the device 10 ' according to 1 in case of heating of the solar collector 12 . Otherwise, as in the following figures, corresponding reference numbers are used for corresponding parts.

Infolge der Solareinstrahlung auf den Solarkollektor 12 wird die im Solarkollektor 12 befindliche Flüssigkeit erhitzt und steigt im Bereich der Austrittsleitung 18 um einen gewissen Betrag bis auf ein Flüssigkeitsniveau 29 an, das gegenüber dem Flüssigkeitsniveau 30 im Sammelbehälter 20 erhöht ist.As a result of solar radiation on the solar collector 12 becomes the one in the solar collector 12 The liquid located is heated and rises in the area of the outlet line 18th by a certain amount down to a liquid level 29 on, the opposite of the liquid level 30th in the collecting container 20th is increased.

Dieser Zustand ist in 2a als dynamisches U-Rohrmodell mit einem U-Rohr 28' dargestellt. Die Flüssigkeitssäule im Bereich der Austrittsleitung 18 befindet sich auf einem Flüssigkeitsniveau 29, während sich die Flüssigkeitssäule im Bereich des Zwischenspeichers 20 auf einem Flüssigkeitsniveau 30 befindet, das um einen Betrag dz niedriger ist. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit aus der Austrittsleitung 18 in den Zwischenspeicher 20 hinüberfließt.This state is in 2a as a dynamic U-tube model with a U-tube 28 ' shown. The liquid column in the area of the outlet line 18th is at a liquid level 29 , while the liquid column is in the area of the intermediate storage 20th at a liquid level 30th which is lower by an amount dz. This means that the liquid from the outlet line 18th into the cache 20th flows over.

Tritt eine Verschattung ein oder geht die Anlage in den Nachtbetrieb über, so gleichen sich die beiden Flüssigkeitsniveaus 29, 30 wieder an.If there is shading or if the system goes into night mode, the two liquid levels are the same 29 , 30th back to.

Im Betrieb erfolgt eine selbsttägige Umwälzung der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 27, wie in 2 dargestellt. Es ergibt sich eine sogenannte Schwerkraftumwälzung.During operation, the liquid is automatically circulated in the direction of the arrow 27 , as in 2 shown. A so-called gravity circulation occurs.

Die dargestellte Schwerkraftumwälzung bezieht sich zunächst auf den Nicht-Verdampfungsbetrieb der Vorrichtung 10 bzw. 10'. Wird im Falle der Solareinstrahlung auf den Kollektor 12 gemäß 2 Wasserdampf erzeugt, der aus dem Vorlauf 16 des Solarkollektors 12 austritt, so wird der Wasserspiegelabfall am Vorlauf 16 des Solarkollektors 12 durch statischen Druckausgleich wieder angepasst. Verdampfte Flüssigkeit wird in der Austrittsleitung 18 und dem nachfolgenden Wärmetauscher 22 wieder kondensiert und kann aus der Entnahmeleitung 24 als Destillat abgeführt werden, wie durch den Pfeil 31 schematisch angedeutet ist.The illustrated gravity circulation relates initially to the non-evaporation operation of the device 10 or. 10 ' . Used in the case of solar radiation on the collector 12 according to 2 Water vapor generated from the flow 16 of the solar collector 12 escapes, the water level drop in the flow 16 of the solar collector 12 adjusted again by static pressure compensation. Evaporated liquid is in the outlet line 18th and the subsequent heat exchanger 22nd condenses again and can be removed from the extraction line 24 can be discharged as distillate, as indicated by the arrow 31 is indicated schematically.

Die Darstellung gemäß 2 bzw. 2a deckt auch den Fall des Nicht-Verdampfungs-Betriebs ab, also eine Schwerkraftumwälzung, ohne dass eine Verdampfung erfolgt.The representation according to 2 or. 2a also covers the case of non-evaporation operation, i.e. a gravity circulation without evaporation.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 3 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet.A device according to the invention is shown in 3 shown and together with the number 10a designated.

Die Vorrichtung 10a weist einen als Flachkollektor ausgeführten Solarkollektor 12 auf, mit einem Rücklauf 14 und einem Vorlauf 16. Der Vorlauf 16 führt über eine Austrittsleitung 18 mit einem erweiterten Rohr 19 in einen Zwischenspeicher 20. Im Zwischenspeicher 20 setzt sich die Austrittsleitung 18 durch ein vertikal nach unten verlaufendes Kondensationsrohr 36 fort und mündet schließlich in einem spindelförmigen Wärmeaustauschrohr 38, das schließlich über eine Entnahmeleitung 24 wieder nach außen geführt ist und in einem Auffangbehälter 58 für Destillat/Sterilisat mündet. Aus dem Zwischenspeicher 20 wird darin befindliche Rohflüssigkeit entnommen und über eine Zuführleitung 26 durch eine Kühlstrecke 32 zum Rücklauf 14 des Solarkollektors 12 geführt.The device 10a has a solar collector designed as a flat plate collector 12 on, with a rewind 14th and a lead 16 . The advance 16 leads via an outlet line 18th with an enlarged pipe 19th in a buffer 20th . In the cache 20th the outlet line sits down 18th by a condensation pipe running vertically downwards 36 and finally opens into a spindle-shaped heat exchange tube 38 , which finally via a sampling line 24 is led back to the outside and in a collecting container 58 for distillate / sterilizate opens. From the cache 20th the raw liquid contained therein is removed and via a feed line 26th through a cooling section 32 to return 14th of the solar collector 12 guided.

Aus einem Vorratsbehälter 56 für Rohflüssigkeit (Referenzsalzwasser) wird über einen Rückflussverhinderer 64 und eine Pumpe 54 Rohflüssigkeit entnommen und über eine Leitung 52 in einen Filter 42 gepumpt. Bei der Pumpe 54 kann es sich um eine Handpumpe oder um eine elektrisch betriebene Pumpe handeln.From a storage container 56 for raw liquid (reference salt water) is via a backflow preventer 64 and a pump 54 Raw liquid removed and through a line 52 into a filter 42 pumped. At the pump 54 it can be a hand pump or an electrically operated pump.

Im Filter 42 erfolgt eine Filterung des Salzwassers, wozu eine Sprühbelüftung 44, eine Sandschüttung 46 und ein Eisen- und Manganfilter 48 vorgesehen sind. Im Filter 42 findet durch eine Sprühverdüsung zunächst eine Sauerstoffanreicherung statt, damit gelöste Eisen- und Manganverbindungen durch eine bakterielle Eisen- und Manganoxidation/Reduktion entfernt werden können. Durch die Sprühverdüsung erwärmt sich die Rohflüssigkeit auf die mittlere Umgebungslufttemperatur von 23 °C. Im Filter 42 gelangt die sprühverdüste Flüssigkeit durch eine Sandschüttung 46 schließlich durch den Eisen- und Manganfilter, der aus basischem Filtermaterial besteht, beispielsweise aus einer halb gebrannten Dolomitstein-Körnung, um eine bakterielle Eisen- und Manganoxidation/Reduktion bzw. eine Entfernung von Eisen(II)/Eisen(III)-Spezies bzw. Mangan(II)/Mangan(IV)-Spezies, sowie eine Entfernung von partikulär gelösten organischen Trübstoffen zu erreichen.In the filter 42 the salt water is filtered, including spray aeration 44 , a pile of sand 46 and an iron and manganese filter 48 are provided. In the filter 42 Oxygen is first enriched by spraying so that dissolved iron and manganese compounds can be removed by bacterial iron and manganese oxidation / reduction. The spray atomization heats the raw liquid to the mean ambient air temperature of 23 ° C. In the filter 42 the spray-atomized liquid passes through a bed of sand 46 Finally, through the iron and manganese filter, which consists of basic filter material, for example a half-burnt dolomite stone grain, to prevent bacterial iron and manganese oxidation / reduction or the removal of iron (II) / iron (III) species or Manganese (II) / Manganese (IV) species, as well as the removal of particulate dissolved organic matter.

Aus dem Filter 42 gelangt die gefilterte Rohflüssigkeit über eine Leitung 50 in den Zwischenspeicher 20.From the filter 42 the filtered raw liquid arrives via a pipe 50 into the cache 20th .

Der Zwischenspeicher 20 dient als thermischer Zwischenspeicher und ist somit in geeigneter Weise wärmeisoliert. Im Zwischenspeicher 20 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid, das durch das Kondensationsrohr 36 und das Wärmeaustauschrohr 38 fließt, mit der im Zwischenspeicher 20 vorhandenen, gefilterten Rohflüssigkeit. Dadurch wird die Rohflüssigkeit erwärmt. Durch die Erwärmung ergibt sich eine Entcarbonisierung, d.h. eine Ausfällung von Kalzium- und Magnesiumsalzen (Kalzit- und Magnesitausfall). Dadurch wird der Solarkollektor 12 vor einer Verstopfung der Absorberrohre durch Carbonatausfall geschützt.The cache 20th serves as a thermal buffer and is therefore thermally insulated in a suitable manner. In the cache 20th there is a heat exchange between the fluid, which is transported through the Condensation pipe 36 and the heat exchange tube 38 flows with the in the buffer 20th existing, filtered raw liquid. This heats the raw liquid. The heating results in decarbonisation, ie precipitation of calcium and magnesium salts (calcite and magnesite precipitation). This will make the solar collector 12 Protected against blockage of the absorber pipes due to carbonate failure.

Die aus dem Zwischenspeicher 20 entnommene Rohflüssigkeit gelangt über die Zuführleitung 26 zum Rücklauf 14 des Solarkollektors 12. In der dargestellten Ausführung gemäß 3 ist die Zuführleitung 26 durch eine Kühlstrecke 32 geführt, um eine Abkühlung der dem Solarkollektor zugeführten Flüssigkeit zu gewährleisten. Hierzu reicht bei einer Umgebungstemperatur von 23 °C einfach eine nicht wärmeisolierte Ausführung der Kühlstrecke 32 aus.The ones from the cache 20th The raw liquid that is withdrawn passes through the feed line 26th to return 14th of the solar collector 12 . In the illustrated embodiment according to 3 is the feed line 26th through a cooling section 32 out to ensure a cooling of the liquid supplied to the solar collector. At an ambient temperature of 23 ° C, a non-heat-insulated version of the cooling section is sufficient for this 32 out.

Berechnungen haben gezeigt, dass die durch die Abkühlung erreichte Wirkungsgradverbesserung des Solarkollektors 12 den Energieverlust überkompensiert, der sich durch die Abkühlung der Rohflüssigkeit ergibt. Für den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung 10a kann hierbei eine Optimierung erreicht werden. Die Temperatur am Rücklauf 14 wird vorzugsweise auf etwa 30°C bis 33°C eingestellt.Calculations have shown that the efficiency improvement of the solar collector achieved by the cooling 12 overcompensates for the loss of energy that results from the cooling of the raw liquid. For the overall efficiency of the device 10a an optimization can be achieved here. The temperature at the return 14th is preferably set to about 30 ° C to 33 ° C.

Das Destillat aus dem Wärmeaustauschrohr 38 wird aus dem Zwischenspeicher 20 wieder nach außen geführt und gelangt über eine Entnahmeleitung 24 in den Auffangbehälter 58 für Destillat/Sterilisat, wie durch den Pfeil 31 angedeutet ist. Aus dem Auffangbehälter 58 für Destillat/Sterilisat kann über eine Leitung 66 Flüssigkeit entnommen und in einen Mischbehälter 60 geführt werden. Über eine Bypassleitung 34 und ein mechanisch steuerbares Ventil 35 wird dem in den Mischbehälter 60 zugeführten Destillat ein gewisser Anteil von gefilterter Rohflüssigkeit aus dem Zwischenspeicher 20 zugemischt.The distillate from the heat exchange tube 38 is from the cache 20th led back to the outside and reached via a removal line 24 into the collecting container 58 for distillate / sterilizate, as indicated by the arrow 31 is indicated. From the collecting container 58 for distillate / sterilizate can be via a line 66 Liquid removed and placed in a mixing container 60 be guided. Via a bypass line 34 and a mechanically controllable valve 35 is added to the mixing container 60 supplied distillate a certain proportion of filtered raw liquid from the intermediate storage 20th mixed in.

Auf diese Weise kann aus dem Destillat Trinkwasser gewonnen werden, das in einem vorgegebenen Bereich einen gewissen Salzanteil aufweist, was vorteilhaft für das Trinkwasser ist und gleichzeitig insgesamt zu einer Erhöhung der Nutzmenge führt.In this way, drinking water can be obtained from the distillate which has a certain proportion of salt in a given area, which is advantageous for the drinking water and at the same time leads to an overall increase in the usable amount.

Beispiel 1example 1

In 4 ist die Vorrichtung gemäß 3 dargestellt, wobei zusätzlich für einen Standard-Anwendungsfalls berechnete Temperaturen und Durchsätze angegeben sind, die sich beim thermischen Sieden ergeben.In 4th is the device according to 3 in addition, calculated temperatures and throughputs are given for a standard application that result from thermal boiling.

Beispielhaft wird als Solarkollektor 12 ein Flachkollektor des Typs FKC-2 von der Junkers-Bosch Thermotechnik GmbH gemäß Produktinformation 2017 verwendet.Is exemplified as a solar collector 12 a flat plate collector of the type FKC-2 from Junkers-Bosch Thermotechnik GmbH according to product information 2017 is used.

Dieser Solarkollektor 12 ist auf der sonnenzugewandten Seite durch eine plane Fläche aus hochtransparentem Spezialglas versehen. Parallel darunter befindet sich der selektiv beschichtete Absorber. Auf der sonnenabgewandten Seite ist zur Reduzierung der thermischen Wärmeverluste eine Wärmedämmung angebracht. Ein seitlicher Rahmen und eine Rückseitenwand (zur Aufnahme statischer Kräfte) fassen die einzelnen Komponenten zusammen. Der Solarkollektor 12 des Typs FKC-2 hat folgende Daten: Absorberfläche 2,25 m² solarar Nutzwärmestrom bei einer globalen Einstrahlung E_Glob von 1000 W/m² 1735 W optischer Kollektorwirkungsgrad 0,770 linearer Wärmedurchgangskoeffizient 3,871 W/(m² · K) Quadratischer Wärmedurchgangskoeffizient 0,012 W/(m² · K²) Stagnationstemperatur 195°C Absorbervolumen 1,35 l Absorber-Werkstoff Al/Cu Absorber-Bautypus Harfe Ausrichtung senkrecht oder waagrecht This solar collector 12 is provided on the side facing the sun with a flat surface made of highly transparent special glass. The selectively coated absorber is located parallel below it. On the side facing away from the sun, thermal insulation is installed to reduce thermal heat losses. A side frame and a back wall (to absorb static forces) combine the individual components. The solar collector 12 type FKC-2 has the following data: Absorber surface 2.25 m ² solarar useful heat flow with a global irradiation E _Glob of 1000 W / m ² 1735 W optical collector efficiency 0.770 linear heat transfer coefficient 3.871 W / (m ² K) Quadratic heat transfer coefficient 0.012 W / (m ² K ² ) Stagnation temperature 195 ° C Absorber volume 1.35 l Absorber material Al / Cu Absorber construction type harp Alignment vertical or horizontal

Durch die Harfenbauweise ist gewährleistet, dass während der Wasserdampferzeugung ein Verstopfen der Absorberrohre ausgeschlossen werden kann.The harp design ensures that clogging of the absorber pipes can be excluded during the generation of steam.

Die Angaben in 4 beziehen sich auf das thermische Sieden beim solaren Mittag (13:30 Uhr bis 14:30 Uhr) des untersuchten Referenzstandortes Freiburg.The information in 4th relate to the thermal boiling during solar noon (1.30 p.m. to 2.30 p.m.) at the examined reference location Freiburg.

Als Rohflüssigkeit wird ein Referenz-Salzwasser aus aufgesalzenem Brunnen entsprechend der nachfolgenden Tab. 1 verwendet.A reference salt water from a salted well according to the following table 1 is used as raw liquid.

Das Referenz-Salzwasser befindet sich in dem Vorratsbehälter 56 für die Rohflüssigkeit. Da eine Oberflächenentnahme aus einem aufgesalzenen Brunnen oder direkt aus dem Meer unterstellt wird, wird eine mittlere Temperatur von etwa 20°C angenommen.The reference salt water is in the storage tank 56 for the raw liquid. Since surface extraction from a salted well or directly from the sea is assumed, an average temperature of around 20 ° C is assumed.

Als mittlere Umgebungslufttemperatur wird 23°C angenommen.The mean ambient air temperature is assumed to be 23 ° C.

Das Referenz-Salzwasser wird über die Pumpe 54 aus dem Vorratsbehälter 56 in den Filter 42 gefördert. Hier findet durch eine Sprühverdüsung eine Sauerstoffanreicherung (44); anschließend erfolgt eine Sandfilterung mit Durchlauf durch die Sandschüttung 46 und anschließend die bakterielle Eisen- und Manganoxidation/Reduktion zur Entfernung von gelösten Eisen- und Manganverbindungen im Eisen- und Manganfilter 48. Durch die Sprühverdüsung erwärmt sich das Referenz-Salzwasser auf die mittlere Umgebungstemperatur von 23°C.The reference salt water is supplied via the pump 54 from the storage container 56 into the filter 42 promoted. Oxygen is enriched here by means of a spray atomization ( 44 ); sand filtering then takes place with passage through the sand bed 46 and then the bacterial iron and manganese oxidation / reduction to remove dissolved iron and manganese compounds in the iron and manganese filter 48 . The reference salt water is heated to the mean ambient temperature of 23 ° C by spraying.

Im Zwischenspeicher 20 findet eine Kondensations-Wärmerückgewinnung statt, die u.a. zur Entcarbonisierung (thermisch bedingter Kalzit- und Magnesitausfall) des Referenz-Salzwassers erforderlich ist. Dadurch wird der Referenz-Flachkollektor vor einer Verstopfung der Absorberrohre durch Ausfällung von Kalzium- und Magnesiumcarbonaten geschützt. Die maximal erreichbare Temperatur im Zwischenspeicher 20 beträgt 72,1°C.In the cache 20th a condensation heat recovery takes place, which is necessary for decarbonisation (thermally induced calcite and magnesite precipitation) of the reference salt water. This protects the reference flat-plate collector from clogging of the absorber pipes due to the precipitation of calcium and magnesium carbonates. The maximum achievable temperature in the intermediate storage 20th is 72.1 ° C.

Bis zum Erreichen des Rücklaufanschlusses des Flachkollektors bei 14 wird das Referenz-Salzwasser von 72,1 °C auf 31,4°C durch die Kühlstrecke 32 abgekühlt. Durch diese Abkühlung wird der thermische Wirkungsgrad des Flachkollektors 12 gesteigert. Die Abkühlung wird einfach dadurch erreicht, dass die Anschlussverrohrung des Vorlaufanschlusses am Referenz-Flachkollektor ohne eine Wärmedämmung ausgeführt wird.Until the return connection of the flat-plate collector is reached at 14, the reference salt water is from 72.1 ° C to 31.4 ° C through the cooling section 32 cooled down. This cooling increases the thermal efficiency of the flat-plate collector 12 increased. The cooling is achieved simply by installing the connection piping of the flow connection on the reference flat-plate collector without thermal insulation.

Durch die thermische Wirkungsgraderhöhung des Solarkollektors 12 wird der Wärmeverlust überkompensiert, der durch die Abkühlung des Referenz-Salzwassers in der Kühlstrecke 32 erfolgt.By increasing the thermal efficiency of the solar collector 12 the heat loss caused by the cooling of the reference salt water in the cooling section is overcompensated 32 he follows.

Im Solarkollektor 12 wird die Temperatur des Referenz-Salzwassers bis auf 105°C erhöht. Bei dieser Temperatur siedet das Referenz-Salzwasser. Eine leichte Überhitzung des Wasserdampfes oberhalb der Siedetemperatur t_s des Referenzsalzwassers (100,5 < t_s < 105°C) ist eine Vorsichtsmaßnahme. Dadurch wird sichergestellt, dass den Solarkollektor 12 ausschließlich Wasserdampf verlässt. Dies wird durch die zusätzliche Temperatursteigerung um 5 K gewährleistet. Außerdem wird durch diese Überhitzung eine gewisse Trägheit gegenüber Verschattung durch Wolken und der damit einhergehenden Unterbrechung der Wasserdampferzeugung erreicht. Dabei ist das Hauptvorlaufrohr des Hafen-Absorbers nur bis zur Hälfte mit Referenz-Salzwasser gefüllt, so dass die Umwandlung von entstehenden Wasserdampfblasen an der Innenseite der Absorberrohre in reinen Wasserdampf gut gelingt.In the solar collector 12 the temperature of the reference salt water is increased up to 105 ° C. The reference salt water boils at this temperature. A slight overheating of the water vapor above the boiling temperature t _{s of} the reference salt water (100.5 <t _s <105 ° C) is a precautionary measure. This will ensure that the solar collector 12 only water vapor leaves. This is guaranteed by the additional temperature increase of 5 K. In addition, this overheating creates a certain inertia with regard to shading by clouds and the associated interruption in the generation of water vapor. The main flow pipe of the port absorber is only half filled with reference salt water, so that the conversion of water vapor bubbles on the inside of the absorber pipes into pure water vapor is successful.

Die Austrittsleitung 18 mit dem Vorlaufanschlussrohr 19 weist einen größeren Querschnitt als das Anschlussrohr am Rücklauf 14 auf. Hierdurch wird eine Entspannung des Wasserdampfes erleichtert. Durch eine entsprechende Wärmedämmung wird eine drastische Absenkung der Temperatur des Wasserdampfs verhindert. Denn die eigentliche Wasserdampfkondensation soll innerhalb des Zwischenspeichers 20 am Kondensationsrohr 36 und am Wärmetauscher 22 stattfinden.The outlet line 18th with the flow connection pipe 19th has a larger cross-section than the connection pipe on the return 14th on. This makes it easier to relax the water vapor. Appropriate thermal insulation prevents a drastic drop in the temperature of the water vapor. Because the actual water vapor condensation should take place within the intermediate storage 20th on the condensation pipe 36 and on the heat exchanger 22nd occur.

Die Wasserdampfkondensation findet in dem senkrechten Kondensationsrohr 36 innerhalb des Zwischenspeichers 20 statt. Dabei wird die Gasphase des Wasserdampfes in die flüssige Phase des destillierten Wassers überführt. Dazu muss die Oberflächentemperatur des Kondensationsrohres 36 unterhalb der Siedetemperatur von Wasser (jetzt bereits destilliertes Wasser) liegen. Das destillierte Wasser verlässt das Kondensationsrohr 36 mit einer Temperatur von ca. 91,5°C.The water vapor condensation takes place in the vertical condensation pipe 36 within the buffer 20th instead of. The gas phase of the water vapor is converted into the liquid phase of the distilled water. To do this, the surface temperature of the condensation pipe must be 36 below the boiling point of water (now distilled water). The distilled water leaves the condensation tube 36 with a temperature of approx. 91.5 ° C.

Beim Austritt des destillierten Wassers aus dem Zwischenspeicher 20 findet eine weitere Temperaturabsenkung durch den Wärmeaustauscher 22 mit dem Wärmeaustauschrohr 38 statt. Die Austrittstemperatur des destillierten Wassers beträgt etwa 48°C.When the distilled water emerges from the intermediate storage 20th there is a further temperature reduction through the heat exchanger 22nd with the heat exchange pipe 38 instead of. The outlet temperature of the distilled water is around 48 ° C.

Im Auffangbehälter 58 wird das destillierte Wasser durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft auf die Umgebungslufttemperatur von 23°C abgekühlt.In the collecting container 58 the distilled water is cooled to the ambient air temperature of 23 ° C by heat exchange with the ambient air.

Die Rohflüssigkeit wird aus dem Zwischenspeicher 20 mit einer Durchschnittstemperatur von etwa 66°C über die Leitung 26 entnommen und nach Durchfließen der Kühlstrecke 32 dem Solarkollektor 12 mit einer Resttemperatur von 31,4°C zugeführt.The raw liquid is taken from the intermediate storage 20th with an average temperature of about 66 ° C over the pipe 26th removed and after flowing through the cooling section 32 the solar collector 12 supplied with a residual temperature of 31.4 ° C.

Die Bypassleitung 34 mit dem mechanisch steuerbaren Ventil 35 dient zur lonenanreicherung des destillierten Wassers, entsprechend der zulässigen Höchstkonzentration an gelösten Ionen gemäß geltender Trinkwasserverordnung.The bypass line 34 with the mechanically controllable valve 35 serves for the ion enrichment of the distilled water, according to the permissible maximum concentration of dissolved ions according to the applicable drinking water ordinance.

Mit dem angegebenen Solarkollektortyp und den angegebenen Randbedingungen können bei der maximalen Energieeinstrahlung von 1072 W/m² pro Stunde etwa 0,84 kg/h verarbeitet werden, wobei sich 0,81 kg/h Destillat ergibt und über die Bypassleitung (theoretisch) 0,01071 kg/h gefilterte Salzsohle in den Mischbehälter 60 zugeführt wird. Der Rest verbleibt bei der Destillation im Solarabsorber 12 und sollte täglich aus dem Solarabsorber 12 etwa durch Spülung mit Rohflüssigkeit entfernt werden, um eine Verstopfung zu vermeiden.With the specified solar collector type and the specified boundary conditions, at the maximum energy irradiation of 1072 W / m ² per hour, about 0.84 kg / h can be processed, with 0.81 kg / h of distillate and (theoretically) 0, via the bypass line. 01071 kg / h filtered brine in the mixing tank 60 is fed. The remainder remains in the solar absorber during the distillation 12 and should be taken out of the solar absorber daily 12 can be removed by rinsing with raw liquid to prevent clogging.

In der Praxis wird natürlich die über die Bypassleitung 34 zugeführte Menge an Salzsole in geeigneter Weise angepasst, um ionenangereichertes Wasser gemäß der gewünschten Vorgaben zu erhalten.In practice, of course, this is done via the bypass line 34 supplied amount of brine adjusted in a suitable manner in order to obtain ion-enriched water according to the desired specifications.

Das Flüssigkeitsniveau 29 an der Austrittsleitung 18 aus dem Vorlauf des Solarkollektors 12 und das Flüssigkeitsniveau 30 im Zwischenspeicher 20 sind identisch (dz = 0), da thermisches Sieden mit Niveausgleich wegen kommunizierender Röhren erfolgt.The fluid level 29 at the outlet line 18th from the flow of the solar collector 12 and the fluid level 30th in the buffer 20th are identical (dz = 0), since thermal boiling takes place with level equalization due to communicating pipes.

Beispiel 2Example 2

Die Vorrichtung gemäß 3 bzw. 4 wird nunmehr anstelle einer Betriebsart im thermischen Sieden mit der Betriebsart „thermische Sterilisierung“ betrieben.The device according to 3 or. 4th is now operated with the "thermal sterilization" operating mode instead of a thermal boiling mode.

Die in 5 dargestellte Vorrichtung, die insgesamt mit 10b bezeichnet ist, entspricht grundsätzlich der Vorrichtung 10a gemäß 3 bzw. 4. Einzig auf die Bypassleitung wurde verzichtet.In the 5 The device shown, which is designated as a whole by 10b, basically corresponds to the device 10a according to 3 or. 4th . Only the bypass line was omitted.

Indem am Austritt des Solarkollektors 12 der Druck am Hauptvorlaufrohr des Solarkollektors erhöht wird, wird thermisches Sieden unterbunden. Dies wird durch die wirkende Wassersäule im Hauptvorlaufrohr des Solarkollektors 12 gewährleistet.By at the exit of the solar collector 12 If the pressure on the main flow pipe of the solar collector is increased, thermal boiling is prevented. This is due to the water column acting in the main flow pipe of the solar collector 12 guaranteed.

Hierzu wird mittels der Niveauregulierung 40 das Flüssigkeitsniveau 30 der Rohflüssigkeit innerhalb des Zwischenspeichers 20 derart reguliert, dass dies etwa 20 cm oberhalb des Niveaus am Hauptvorlaufrohr des Solarkollektors 12 ist. Das Hauptvorlaufrohr des Harfen-Solarkollektors 12 ist dabei vollständig mit Rohwasser gefüllt (vergleiche dynamisches U-Rohr gemäß 2a).This is done by means of the level control 40 the fluid level 30th of the raw liquid within the intermediate storage 20th regulated so that it is about 20 cm above the level on the main flow pipe of the solar collector 12 is. The main flow pipe of the harp solar collector 12 is completely filled with raw water (compare dynamic U-tube according to 2a) .

Als Rohflüssigkeit wird nunmehr ein mit definierten Mikroorganismen verunreinigtes Süßwasser (Gesamtgehalt der Ionen < 2500 mg/l) verwendet. Dem Süßwasser werden definierte Mengen der in Tab. 2 angegebenen Mikroorganismen-Verunreinigungen zugesetzt. Dabei werden ausschließlich bakterielle Belastungen berücksichtigt, da zur Inaktivierung von Viren, Temperaturniveaus von über 121°C erforderlich wären. Diese können jedoch bei einer thermischen Sterilisierung nicht erzeugt werden (maximal 99,6°C bei 1013 hPa).Fresh water contaminated with defined microorganisms (total ion content <2500 mg / l) is now used as the raw liquid. Defined amounts of the microorganism impurities given in Tab. 2 are added to the fresh water. Only bacterial loads are taken into account, since temperature levels of over 121 ° C would be required to inactivate viruses. However, these cannot be generated with thermal sterilization (maximum 99.6 ° C at 1013 hPa).

Das mit den Mikroorganismen gemäß Tab. 2 verunreinigte Süßwasser befindet sich im Vorratsbehälter 56 für Rohflüssigkeit bei 20°C. Aus dem Behälter 56 gelangt die Rohflüssigkeit mittels der Pumpe 54 zum Filter 42 und wird dort analog wie im Beispiel 1 beschrieben vorbehandelt, wobei sich eine Erwärmung auf die Umgebungstemperatur von 23°C ergibt.The fresh water contaminated with the microorganisms according to Tab. 2 is in the storage tank 56 for raw liquid at 20 ° C. From the container 56 the raw liquid arrives by means of the pump 54 to the filter 42 and is pretreated there analogously to that described in Example 1, resulting in heating to the ambient temperature of 23 ° C.

Die dargestellten Zahlenwerte beziehen sich wiederum auf den solaren Mittag (13:30 Uhr bis 14:30 Uhr) am untersuchten Referenzstandort Freiburg.The numerical values shown relate in turn to solar noon (1.30 p.m. to 2.30 p.m.) at the examined reference location Freiburg.

Mit den vorgegebenen Randbedingungen können 16,14 kg/h bei der Maximalstrahlung Emax von 1072 W/m² thermisch sterilisiert werden.With the given boundary conditions, 16.14 kg / h can be thermally sterilized with a maximum radiation Emax of 1072 W / m ² .

Im Zwischenspeicher 20 findet die Wärmerückgewinnung durch den Wärmetauscher 22 und das Kondensationsrohr 36 statt. Der resultierende Wärmeverluststrom erwärmt das Rohwasser auf maximal 79,1°C am zweiten Solartag.In the cache 20th finds the heat recovery through the heat exchanger 22nd and the condensation pipe 36 instead of. The resulting heat loss flow heats the raw water to a maximum of 79.1 ° C on the second solar day.

Bis zum Erreichen des Rücklaufanschlusses bei 14 am Solarkollektor 12 kühlt sich das Rohwasser auf 59,6°C ab.Until the return connection is reached at 14 on the solar collector 12 the raw water cools down to 59.6 ° C.

Bis zum Austritt aus dem Solarkollektor 12 am Vorlaufanschluss 16 erreicht das Rohwasser annähernd die Siedetemperatur von 99,6°C. Entsprechend der wirkenden Wassersäule auf das Hauptvorlaufrohr am Solarkollektor 12 wird das thermische Sieden unterbunden.Until the exit from the solar collector 12 at the flow connection 16 the raw water reaches almost the boiling temperature of 99.6 ° C. According to the water column acting on the main flow pipe on the solar collector 12 thermal boiling is suppressed.

Durch eine entsprechende Wärmedämmung im Austrittsrohr 19 mit vergrößertem Querschnitt wird eine drastische Absenkung der Wassertemperatur verhindert. Denn die eigentliche Abkühlung findet innerhalb des Zwischenspeichers 20 am Kondensationsrohr 36 und am Wärmeaustauschrohr 38 statt. Nur dadurch kann das Rohwasser im Zwischenspeicher 20 vorgewärmt werden (maximal auf 79,1°C am zweiten Solartag). Der eigentliche Prozess der thermischen Sterilisierung findet ab dem Hauptvorlaufrohr des Solarkollektors 12 statt.By means of appropriate thermal insulation in the outlet pipe 19th a drastic lowering of the water temperature is prevented with an enlarged cross-section. Because the actual cooling takes place within the intermediate storage 20th on the condensation pipe 36 and on the heat exchange pipe 38 instead of. Only then can the raw water be stored in the intermediate storage tank 20th preheated (maximum to 79.1 ° C on the second solar day). The actual process of thermal sterilization takes place from the main flow pipe of the solar collector 12 instead of.

Bis zum Austritt des Rohwassers aus dem Wärmeaustauschrohr 38 des Wärmetauschers 22 findet eine weitere Temperaturabnahme statt. Die Austrittstemperatur des nun sterilisierten Wassers aus dem Wärmetauscher 22 beträgt etwa 72,3°C. Zur vollständigen Inaktivierung ist die Verweilzeit vom Hauptvorlaufrohr des Solarkollektors 12 (99,6°C) bis zum Austritt aus dem Wärmetauscher 22 (72,3°C) ausschlaggebend.Until the raw water emerges from the heat exchange pipe 38 of the heat exchanger 22nd a further decrease in temperature takes place. The outlet temperature of the now sterilized water from the heat exchanger 22nd is about 72.3 ° C. For complete inactivation there is the dwell time from the main flow pipe of the solar collector 12 (99.6 ° C) until it exits the heat exchanger 22nd (72.3 ° C) decisive.

Im Auffangbehälter 58 Wasser kühlt sich das sterilisierte Wasser durch Austausch mit der Umgebungsluft auf die Umgebungslufttemperatur von 23°C ab.In the collecting container 58 Water cools the sterilized water by exchanging it with the ambient air to the ambient air temperature of 23 ° C.

Die Bypassleitung gemäß 3 bzw. 4 ist bei der Ausführung gemäß 5 ohne Funktion und daher zeichnerisch nicht dargestellt.The bypass line according to 3 or. 4th is in accordance with 5 without function and therefore not shown in the drawing.

Das Flüssigkeitsniveau 29 an der Austrittsleitung 18 aus dem Vorlauf des Solarkollektors 12 und das Flüssigkeitsniveau 30 im Zwischenspeicher 20 befinden sich auf unterschiedlichen Niveaus (dz > 0, vorzugsweise zwischen 5 und 50 cm), da thermisches Sieden durch Überdruck vermieden wird. Tab. 1: Referenz-Salzwasser (k. A = keine Angabe) Ionen- und Anionen Symbol Menge Rel. Vol. Anteil Konzentration Grenzwert-TrinkwV 2001 Empfehlung - - [ppm] [%] [mg/l] [mg/l] [mg/l] Chlorid Cl^- 19.270 55,037 19.262,95 250 200 Natrium Na⁺ 10.710 30,580 10.703,00 200 200 Sulfat SO₄ ^2- 2.700 7,710 2.698,50 250 200 Magnesium Mg²⁺ 1.290 3,684 1.289,40 k. A 50 Kalzium Ca²⁺ 415 1,185 414,75 k. A 150 Kalium K⁺ 385 1,099 384,65 k. A k. A Bicarbonat HCO₃ ^- 140 0,400 140,00 k. A 600 Bromid Br^- 67 0,191 66,85 0,01 0,003** Fluorid F^- 35 0,100 35,00 1,50 5 Strontium Sr²⁺ 7 0,020 7,00 k. A k. A lodid I^- 0,05 0,00014 0,049 k. A k. A Eisen Fe²⁺ 1.000 0,05880 2,850 0,20 TrinkwV Mangan Mn²⁺ 100 0,00589 0,285 0,05 TrinkwV Summe: Σ 36.119,05 100,071 35.005,28 - - Salzverbindungen Natriumchlorid NaCl - 78,00 - - - Magnesiumchlorid MgCl₂ - 10,50 - - - Magnesiumsulfat MgSO₄ - 5,00 - - - Calciumsulfat CaSO₄ - 3,90 - - - Kaliumsulfat K₂SO₄ - 2,30 - - - Kaliumbromit KBr - 0,30 - - - Sonstige relevante Inhaltsstoffe Kupfer Cu(OH^-) k. A k. A k. A 2,00 1,00 Aluminium Al_ges k. A k. A k. A 0,20 - Oxidierbarkeit O₂ k. A k. A k. A 5,00 - Calzitlösekapazität CaCO₃ k. A k. A k. A 5,00 - Ammonium NH₄ ⁺ k. A k. A k. A 0,50 - Wasserstoff H⁺ k. A k. A 7,61pH-Wert 6,5-9,5 pH-Wert - EI.-Leitfähigkeit σ(25°C) k. A k. A k. A 2790 µS/cm Tab. 2: Übersicht - Kritische mikrobiologische Spezies in Wasser und deren thermische Inaktivierungsmöglichkeiten (hier: zugrunde gelegte Spezies bei der thermischen Sterilisierung Bezeichnung: Mikroorganismus Übertragung Symptome bei einer Infektion Krankheitsbezeichnung Ärztliche-Behandlungs-Maßnahmen Inaktivierung/ thermal death point Letalität (unbehanddelt) - - - - - - [%] Salmonella Typhi (Bakterium) Fäkal verunreinigte Wässer Durchfall, Fieber Bakteriämie Antibiotika, Elektrolytinfusion 80°C/ 10 min. 20-30 Vibrio cholerae (Bakterium) Fäkal verunreinigte Lebensmittel und Wasser Fieber,Brechdurchfall, Auflösung der Darmschleimhaut Cholera Antibiotika, Elektrolytinfusion 75°C / 10 min. 25-50 Shigella dysenteriae (Bakterium) Fäkal verunreinigte Lebensmittel und Wasser Fieber, Erbrechen, blutiger Stuhlgang Shigellenruhr/ Bakterienruhr Antibiotika, Elektrolytinfusion 75°C / 10 min. < 1 Escherichia coli (E. coli, Bakterium) Fäkal verunreinigte Lebensmittel und Wasser Brechdurchfall, blutiger Stuhlgang, Fieber, Erbrechen und Übelkeit Gastroenteritis (Magen-Darm Entzündung) Antibiotika, Elektrolytinfusion 55°C / 10 min. k.A Enterokokken (Bakterium) Fäkal verunreinigte Lebensmittel und Wasser Urinstau, Durchfall Harnwegsinfekte, Sepsis und der Endokarditis Antibiotika 75°C / 10 min. < 26,5 Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonaden, Bakterium) Wasser, Biofilme (sogar in Mineralöl) Urinstau, Haut- und Ohrenentzündung Harnwegsinfekte oder Whirlpool-Dermatitis Antibiotika 75°C / 10 min. k.A Legionella Spezies (Legionella pneumophilia, Bakterium) Aerosole (luftgestützte Tröpfcheninfektion) , Einatmen in Lunge Husten, Lungenentzündung, Fieber, Schüttelfrost, Muskelschmerzen Legionärskrankheit / Pontiac-Fieber Antibiotika 75°C / 10 min. 10 Clostridium perfringens (einschließl. Sporen, Bakterium) Fäkal verunreinigte Lebensmittel und Wasser Starker schubweiser Durchfall (als Darmbakterium), Wundinfektion Gasbrand (Wundinfektion) Antibiotika, Elektrolytinfusion Sporen erst ab 110°C /10 min. k.A The fluid level 29 at the outlet line 18th from the flow of the solar collector 12 and the fluid level 30th in the buffer 20th are at different levels (dz> 0, preferably between 5 and 50 cm), since thermal boiling due to overpressure is avoided. Tab. 1: Reference salt water (n / a = not specified) Ions and anions symbol quantity Rel. Vol. Share concentration Grenzwert-TrinkwV 2001 recommendation - - [ppm] [%] [mg / l] [mg / l] [mg / l] chloride Cl ^- 19,270 55.037 19,262.95 250 200 sodium Na ⁺ 10,710 30.580 10,703.00 200 200 sulfate SO ₄ ^2- 2,700 7.710 2,698.50 250 200 magnesium Mg ²⁺ 1,290 3,684 1,289.40 k. A. 50 calcium Ca ²⁺ 415 1.185 414.75 k. A. 150 potassium K ⁺ 385 1,099 384.65 k. A. k. A. Bicarbonate HCO ₃ ^- 140 0.400 140.00 k. A. 600 bromide Br ^- 67 0.191 66.85 0.01 0.003 ** fluoride F ^- 35 0.100 35.00 1.50 5 strontium Sr ²⁺ 7th 0.020 7.00 k. A. k. A. iodide I ^- 0.05 0.00014 0.049 k. A. k. A. iron Fe ²⁺ 1,000 0.05880 2,850 0.20 TrinkwV manganese Mn ²⁺ 100 0.00589 0.285 0.05 TrinkwV Total: Σ 36,119.05 100.071 35,005.28 - - Salt compounds Sodium chloride NaCl - 78.00 - - - Magnesium chloride MgCl ₂ - 10.50 - - - Magnesium sulfate MgSO ₄ - 5.00 - - - Calcium sulfate CaSO ₄ - 3.90 - - - Potassium sulfate K ₂ SO ₄ - 2.30 - - - Potassium bromite KBr - 0.30 - - - Other relevant ingredients copper Cu (OH ^- ) k. A. k. A. k. A. 2.00 1.00 aluminum Al _total k. A. k. A. k. A. 0.20 - Oxidisability O ₂ k. A. k. A. k. A. 5.00 - Calcite dissolving capacity CaCO ₃ k. A. k. A. k. A. 5.00 - ammonium NH ₄ ⁺ k. A. k. A. k. A. 0.50 - hydrogen H ⁺ k. A. k. A. 7.61 pH value 6.5-9.5 pH - EI. Conductivity σ (25 ° C) k. A. k. A. k. A. 2790 µS / cm Tab. 2: Overview - critical microbiological species in water and their thermal inactivation possibilities (here: underlying species for thermal sterilization Name: microorganism transmission Symptoms of infection Disease name Medical treatment measures Inactivation / thermal death point Lethality (untreated) - - - - - - [%] Salmonella Typhi (bacterium) Waters contaminated with faeces Diarrhea, fever Bacteremia Antibiotics, electrolyte infusion 80 ° C / 10 min. 20-30 Vibrio cholerae (bacterium) Fecal contaminated food and water Fever, vomiting diarrhea, dissolution of the intestinal lining cholera Antibiotics, electrolyte infusion 75 ° C / 10 min. 25-50 Shigella dysenteriae (bacterium) Fecal contaminated food and water Fever, vomiting, bloody stool Shigella dysentery / bacterial dysentery Antibiotics, electrolyte infusion 75 ° C / 10 min. <1 Escherichia coli (E. coli, bacterium) Fecal contaminated food and water Vomiting diarrhea, bloody stools, fever, vomiting, and nausea Gastroenteritis (inflammation of the stomach and intestines) Antibiotics, electrolyte infusion 55 ° C / 10 min. n / a Enterococci (bacterium) Fecal contaminated food and water Urine congestion, diarrhea Urinary tract infections, sepsis and endocarditis Antibiotics 75 ° C / 10 min. <26.5 Pseudomonas aeruginosa (pseudomonads, bacteria) Water, biofilms (even in mineral oil) Urine congestion, skin and ear infections Urinary tract infections or whirlpool dermatitis Antibiotics 75 ° C / 10 min. n / a Legionella species (Legionella pneumophilia, bacterium) Aerosols (airborne droplet infection), inhalation into lungs Cough, pneumonia, fever, chills, muscle pain Legionnaires' disease / Pontiac fever Antibiotics 75 ° C / 10 min. 10 Clostridium perfringens (including spores, bacteria) Fecal contaminated food and water Severe episodes of diarrhea (as an intestinal bacterium), wound infection Gas fire (wound infection) Antibiotics, electrolyte infusion Spores only from 110 ° C / 10 min. n / a

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202017001429 U1 [0005]
EP 0922676 A1 [0006]
DE 102006010894 A1 [0007]

Claims

Process for the distillation or thermal sterilization of liquids, in which a raw liquid is heated up in a solar collector (12), evaporated and then condensed again in an intermediate storage (20), or by the raw liquid in the solar collector (12) at least except for one for sterilization necessary minimum temperature is heated, is thermally sterilized and fed to the intermediate storage (20), the distilled or sterilized liquid being materially separated from the raw liquid through the intermediate storage (20) and a heat exchange with the raw liquid takes place in the intermediate storage (20) the solar collector (12) is supplied.

Procedure according to Claim 1 , which in the case of evaporation is operated by thermal boiling, the pressure at the flow (16) of the solar collector (12) being kept greater than or equal to the ambient pressure.

Method according to claim, in which, in the case of thermal sterilization, thermal boiling of the raw liquid in the solar collector (12) is avoided by increasing the pressure on the flow (16) of the solar collector (12) compared to the ambient pressure and the liquid is circulated by gravity through the solar collector (12). is circulated.

Procedure according to Claim 3 , in which the pressure increase is set such that the liquid level of the raw liquid in the intermediate storage (20) is above the liquid level at the flow (16) of the solar collector (12), preferably raised by about 5 to 50 cm, more preferably by about 10 to 20 cm is.

Procedure according to Claim 3 or 4th , at which the temperature at the flow (16) of the solar collector (12) is kept at at least 80 ° C, particularly preferably at least 95 ° C.

Method according to one of the Claims 3 to 5 , in which a throughput time from the lead (16) of the solar collector (12) to the exit from the intermediate storage (20) of at least five, preferably of at least 10 minutes is maintained.

Method according to one of the preceding claims, in which raw liquid is removed from the intermediate store (20) and is cooled before being fed to the return (14) of the solar collector (12), preferably to a temperature of 20 to 45 ° C, more preferably to a Temperature from 25 to 40 ° C.

Method according to one of the preceding claims, in which the raw liquid is first filtered, preferably iron and manganese ions as well as particulate dissolved organic turbid substances are filtered out.

Method according to one of the preceding claims, in which distilled liquid is partially mixed with filtered raw liquid in order to obtain partially salted drinking water.

Method according to one of the preceding claims, in which the raw liquid is thermally decarbonized in the intermediate storage device (20) in order to precipitate calcium and magnesium ions from salt water, for which purpose it is preferably heated to 50 to 80 ° C, particularly preferably to 65 to 80 ° C.

Device for the distillation or thermal sterilization of liquids, with at least one solar collector (12), to the flow (16) of which an outlet line (18) is connected, which is led through an intermediate storage device (20), the outlet line (18) being a heat exchanger (22) for heating raw liquid received in the intermediate store (20), and wherein the intermediate store (20) is coupled to the return (14) of the solar collector (12) for supplying raw liquid via a line (26).

Device according to Claim 11 , in which the solar collector (12) is designed as a flat-plate collector, the flow (16) of which is coupled to the intermediate store (20) via a condensation pipe (36) entering the intermediate store (20) from above.

Device according to Claim 12 , in which the condensation pipe (36) is followed by a heat exchange pipe (38), preferably in the form of a cooling spiral.

Device according to one of the Claims 11 to 13 , in which the intermediate store (20) is preceded by a filter (42) via which raw liquid can be fed to the intermediate store (20).

Device according to Claim 14 , in which the filter (42) has at least one bed of sand (46) and preferably at least one iron and manganese quick filter (48), as well as preferably a spray ventilation (44).

Device according to Claim 15 , in which the iron and manganese quick filter (48) is a basic filter material for bacterial iron and manganese oxidation / reduction and / or for the removal of iron (II) / iron (III) species and / or of manganese (II) / manganese ( IV) species, as well as preferably of particulate dissolved organic turbidity, preferably has a half-burnt dolomite stone grain size.

Device according to one of the Claims 11 to 16 , in which a level regulating device (40) is provided, by means of which the liquid level (30) in the intermediate storage (20) can be regulated in relation to the liquid level at the outlet line (18) from the flow (16) of the solar collector (12).

Device according to Claim 17 , in which the level control device (40) can be adjusted in such a way that the liquid level (29) of the outlet line (18) from the flow (16) of the solar collector (12) corresponds to or is above the liquid level (30) of the raw liquid in the intermediate store (20) .

Device according to Claim 17 , in which the level control device (40) is adjustable such that the liquid level (29) of the outlet line (18) from the flow (16) of the solar collector (12) is below the liquid level (30) of the raw liquid in the intermediate storage (20).