DE3829464A1

DE3829464A1 - Vorrichtung zur solaren frischwassergewinnung

Info

Publication number: DE3829464A1
Application number: DE3829464A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Luboschik; Wilfried Dr Haaf
Original assignee: IST ENERGIETECHNIK GmbH
Current assignee: IST ENERGIETECHNIK GmbH
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1990-03-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Frischwassergewinnung aus Schmutz- oder Salzwasser dient.

Mit dieser Vorrichtung soll mit Hilfe von Solarenergie Frischwasser gewonnen werden, wobei lediglich mechanische Antriebsenergie für die Pumpe als Fremdenergie für das zu verdunstende Wasser benötigt wird.

Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur solaren Meerwasser entsalzung bekannt. Am weitesten verbreitet ist die Entsalzung in Treib häusern bei denen die Glasscheibe als Kondensator dient. Weiterhin sind zahlreiche Patente bzw. Patentanmeldungen bekannt, wie aus Deutschland P 34 40 842.8 / P 29 22 348.1-43 / P 29 35 231.6-43 / P 31 19 615.2 / P 26 500 492.5-43, das europäische Patent EPO 1 54 971 A2 sowie die US Patente 34 14 481 und 30 15 613. Des weiteren sind Verfahren bekannt, welche mit solarthermisch induzierten Auftriebskräften große Luftmengen bewegen P 37 17 313.8-16, US-Patent 34 36 908.

Des weiteren sind Entsalzungsanlagen bekannt, die mit Kollektoranlagen die Solarenergie zur Erwärmung des Salzwassers benutzen und dann mit bekannten Destillationsvorrichtungen, wie Multiflash, die Entminerali sierung vornehmen.

Als nachteilig hat sich bei den herkömmlichen Entsalzungsanlagen mit Solarkollektoren deren ungleichmäßige Wärmelieferung gezeigt, die ohne umfangreiche Speicherungen keine kontinuierliche Funktion der indu striellen Destillationsvorrichtungen zulassen.

Nachteilig bei den bekannten Destillationsvorrichtungen ist außerdem der hohe Bedarf an Fremdenergie, der zum Aufbau von Über- oder Unterdrücken notwendig ist. Die Treibhausentsalzungsanlagen wiederum besitzen keinen gerichteten Luftstrom, so daß der Wasserdampf nachteiligerweise auch an ungewollten Stellen kondensieren kann.

Die anderen bekannten Solarsysteme zur Entmineralisierung von Wasser scheitern meistens entweder am komplizierten Aufbau der Anlage oder an den hohen Investitionskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entmineralisierung von verschmutztem oder salzhaltigem Wasser so zu vereinfachen, daß die Vorrichtung auch ohne hohe Investitionskosten realisiert und mit mög lichst wenig Fremdenergie betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß bekannte einfache Gewächshäuser als Baukörper benutzt werden und der Transport des Wasser dampfes zum Kondensator durch Auftriebskräfte sichergestellt wird. Ein wesentliches Merkmal ist dabei die direkte Erwärmung des zu entminerali sierenden Rohwassers innerhalb des Gebäudes durch die Sonne und die durch Auftriebskräfte induzierte, gerichtete Luftströmung. Die für die Kondensation des Wasserdampfes notwenige Wärmesenke wird durch die Tem peratur des Vorfluters bereitgestellt. Die durch die Kondensation frei werdende Energiemenge wärmt das zu verdunstende Rohwasser auf, und verbessert so die Verdunstungsrate. Der durch die Schwerkraft induzierte Aufwind kann auch zur Erzeugung der Antriebsenergie für die Pumpe aus genutzt werden. Sofern die transparente Gebäudehülle aus ultraviolett durchlässigem Folienmaterial, beispielsweise Fluorkohlenwasserstoff, besteht, wirkt das einfallende Sonnenlicht entkeimend auf die Flüssig keit.

Eine Entkeimung kann nach Anspruch 5 auch thermisch erreicht wer den, indem der Zustrom von Luft und Rohwasser reduziert wird, so daß die interne Temperatur auf über 60°C ansteigt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß bekannte und kostengünstige Bauteile eingesetzt werden, wie beispielsweise Foliengewächshäuser als Solarkollektoren und großflächige Kunststoff absorber als Wärmetauscher und Kondensatoren. Letztere sind als solare Schwimmbadkollektoren bekannt.

Vorteilhaft für dichtbesiedelte Küstenstreifen ist, nach Anspruch 1, die Ausnutzung von steilen Hängen für die ansonsten keine Nutzungsmöglich keit besteht. Thermisch besonders vorteilhaft ist die nach den Ansprü chen 1 und 2 im transparenten Gebäude stattfindende Verdunstung, welche zu einer Abkühlung des Innenraumes führt. Dadurch werden die thermischen Verluste des als Solarkollektors wirkenden Gewächshauses vermindert. Da jedoch Wasserdampf bekanntlich leichter ist als Luft, bei gleicher Temperatur, wird der schwerkraftbedingte Auftrieb und damit der Ab transport des Wasserdampfes dennoch sichergestellt. Die Struktur der offenen Verdunstungsrinne kann nach Anspruch 2 individuell mit örtlich vorhandenen Materialien wie Steinen, Reisig oder Ortsbeton gestaltet werden.

Die benötigte Fremdenergie ist im Vergleich zu industriellen Entminera lisierungsanlagen äußerst gering und kann beispielsweise nach Anspruch 4 auch durch Ausnutzung des induzierten Aufwindes mit geeigneten Windkon vertern erzeugt werden. Dadurch ist ein Inselbetrieb ohne Fremdenergie erreichbar, was für strukturschwache Gegenden als besonderer Vorteil anzusehen ist, zumal die Anlage in Funktion der Solarstrahlung selbstre gelnd wäre.

Wird zusätzlich Fremdenergie zum Transport der Luftmengen eingesetzt (Anspruch 4.1) und ist das Rohwasser genügend kalt, so kann prinzipiell die Fortluft kühler und trockener als die der Umgebung sein. Diese Methode wird bekanntlich zur Entfeuchtung in herkömmlichen Klimaanlagen benützt. In diesem Fall kann die Fortluft auch vorteilhaft weiterbenutzt werden, etwa für Raumklimatisierung oder für Trocknungsvorgänge.

Ausführungsbeispiele zur Anwendung der Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Es zeigen.

Fig. 1 eine Gewächshauskonstruktion in Hanglage mit nachgeschaltetem Wärmetauscher,

Fig. 2 ein Gewächshaus auf ebenem Gelände mit turmartigem Anbau,

Fig. 3 den Schnitt durch die Anordnung eines Röhrenwärmetauschers,

Fig. 4 die perspektivische Ansicht eines Plattenwärmetauschers.

Die Fig. 1 zeigt eine Anwendung in der Nähe eines Vorfluters (1). Das transparente Gebäude (2), beispielsweise ein Foliengewächshaus, wird an einen Hang gebaut, der einen genügend großen Höhenunterschied zwischen Ein- und Auslaß von typischerweise mindestens 10 m ermöglicht. Dieser Höhenunterschied kann auch durch einen turmartigen Anbau (9) vergrößert werden. Am Auslaß dieses transparenten Tunnels wird ein Wärmetauscher (3) installiert. Eine Wasserpumpe (4) pumpt das zu entmineralisierende Rohwasser durch den Wärmetauscher. Das nun vorgewärmte Rohwasser fließt als offenes Gerinne über die als Solarabsorber dienende dunkelfarbige Verdampfungsfläche (6), wobei eine Teilmenge des Rohwassers verdunstet. Das mit Mineralien bzw. Schmutzteilen angereicherte Restwasser fließt in den Vorfluter (1) zurück. Das Frischwasser (7) kondensiert an den Wan dungen des Wärmetauschers, sofern deren Oberflächentemperatur unterhalb des Taupunktes liegt. Beispielsweise muß Luft mit einer 70% relativen Feuchte und 35°C Temperatur auf eine Wandungstemperatur unter 30.5°C auftreffen, damit der Wasserdampf auskondensiert. In natürlichen Gewäs sern, besonders aber am Meer stehen in aller Regel große Wassermengen mit kühleren Temperaturen zur Verfügung.

Zur Gewinnung der notwendigen Antriebsenergie für die Pumpe kann prinzipiell die vorhandene kinetische Energie der Fortluft durch geeignete Windkonverter (8) erzeugt werden. Eine Zusatzheizung (5) in der Verdunstungsfläche kann die Verdampfungsleistung noch erhöhen.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einem horizontalen Gelände. Mit dem turmartigen Anbau (9) entsteht ein Höhenunterschied der die Induzierung eines schwerkraftbedingten Luftstromes ermöglicht. Nach dem Durchgang durch den Wärmetauscher fließt das Rohwasser langsam durch flache, wannenartige Behälter (11), die als Solarabsorber dienen und deshalb schwarz oder dunkelfarbig sind. Über einen Überlauf fließt das Restwasser wieder dem Vorfluter (1) zu.

Um die Verdunstung zu verbessern, können die Behälter (11) auch mit Fremdenergie beheizt werden (5).

Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Art eines Wärmetauschers, beispielsweise aus schräg montierten Rohrregistern. Die warme Luft (16) strömt durch das Rohrregister (10) hindurch. Das kühle Rohwasser (12) fließt durch die Rohrregister und danach als vorgewärmtes Rohwasser (13) zur Verdamp fungsfläche im Tunnel. Das kondensierte Frischwasser rinnt entlang den schräg stehenden Rohrregistern in die Auffangwannen (11) hinunter und fließt von dort zum Nutzungsort. Das Rohrregister kann auch längs ange strömt werden.

In der Fig. 4 wird die Anordnung von Plattenwärmetauschern (14) in perspektivischer Darstellung gezeigt. Je nach Lage des Gewächshauses, am Berghang oder im flachen Gelände, können die Wärmetauscherflächen auch quer angeströmt werden.

Liste der Bezeichnungen:

1 Vorfluter
2 Transparentes Gebäude
3 Wärmetauscher
4 Wasserpumpe
5 Zusatzheizung
6 Dunkle Verdampfungsfläche
7 Frischwasser
8 Windkonverter
9 Turmartiger Anbau
10 Flache Behälter
11 Rohrregister
12 Rohwasser, kalt
13 Vorgewärmtes Rohwasser
14 Auffangwannen
15 Warme Luft
16 Plattenwärmetauscher

Claims

1. Vorrichtung zur Frischwassergewinnung aus einem Luftstrom, der durch Unterschiede der Lufttemperatur und Luftfeuchte schwerkraft bedingt innerhalb eines Gebäudes erzeugt wird, dadurch gekennzeich net, daß

1.1 das Gebäude aus einer transparenten Hülle besteht
1.2 der Höhenunterschied einer Geländeform ausgenutzt wird
1.3 mindestens ein Wärmetauscher im Luftstrom eingebracht wird, durch den das zu verdunstende Rohrwasser mit einer geeigneten Pumpe gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
1.4 der Wärmetauscher als Kondensator für die Luftfeuchte dient und
1.5 das im Wärmetauscher erwärmte Rohwasser als offenes Gerinne im Gebäude nach unten fließt und direkt von der Sonne zur Steigerung der Verdunstung erwärmt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als offenes Gerinne dienende Verdunstungsoberfläche durch

2.1 geeignete Strukturen oder Materialien vergrößert und
2.2 zusätzlich beheizt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

3.1 die transparente Gebäudehülle im flachen Gelände steht und
3.2 einen turmartigen Anbau aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

4.1 die Luftzirkulation durch geeignete Maßnahmen mit oder ohne Fremd energie erhöht wird und
4.2 daß der induzierte Aufwind mit Hilfe von geeigneten Windgeneratoren auch zur Erzeugung der notwendigen Antriebsenergie für die Pumpe ausgenutzt wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom und die durchfließende Wassermenge mit geeigneten Geräten so geregelt werden, daß eine thermische Sterilisation des Roh- und/oder Frischwassers erreicht wird.