ENGELHART, Klaus (Ortsstrasse 118, Höbenbach, A-3508, AT)
| P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser aus Rohwasser, insbesondere Salzwasser, Brackwasser oder Grundwasser etc., mit einer Verdampfereinheit (1) und einer mehrstufigen Kondensationseinheit (2), wobei das Rohwasser in mehreren übereinander angeordneten Verdampfungsbehältern (15) vorliegt, deren Bodenelemente (9) als Kondensationsflächen (16) für den jeweils darunter angeordneten Verdampfungsbehälter (15) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinheit (2) modulartig stapelbare Rahmenelemente (4) mit zur Rahmenebene geneigt eingesetzten Bodenelementen (9) aufweist, die jeweils einen Verdampfungsbehälter (15) bilden. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinheit (1) der vorzugsweise tonnenförmige Speicherbehälter (11) einer herkömmlichen Solarkollektoreinheit (10) ist, welche zur Bereitstellung von Warmwasser dient. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Speicherbehälter (11) der Solarkollektoreinheit (10) ein Basisbehälter (3) zur Aufnahme des Rohwassers befestigt ist, welcher eine Aufnahme für ein erstes Rahmenelement (4) der Kondensatoreinheit (2) sowie zumindest eine Auffangrinne (17) zur Aufnahme des in der Kondensatoreinheit (2) anfallenden Kondensats aufweist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (4) aus parallelen Längs- und Querholmen (18, 19) aus Hohlprofilen bestehen und dass die einzelnen Rahmenelemente (4) mittels Rastelementen, beispielsweise einem Raststeg (20) einerseits und einem Halteflansch (21) andererseits, miteinander verbindbar sind . 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsholme (18) der Rahmenelemente (4) an deren Innenseite einen oberen (22) und einen unteren Auflagesteg (23) für das Bodenelement (9) aufweisen, welches ausgehend vom oberen Auflagesteg (22) eines Längsholmes (18) zum unteren Auflagesteg (23) des gegenüberliegenden Längsholmes (18) in das Rahmenelement (4) eingesetzt ist. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Rahmenelemente (4) Bodenelemente (9) mit unterschiedlichen Neigungsrichtungen aufweisen. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Rand der Innenseite der Längsholme (18) eine Auffangrinne (24) zur Aufnahme des an der Kondensationsfläche (16) anfallenden Kondensates ausgebildet ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsholme (18) zum Abtransport des Kondensates zumindest eine Ablauföffnung (25) aufweisen, die von der Auffangrinne (24) in das Innere des Hohlprofils führt und weiters zumindest eine Austrittsöffnung (26) für das Kondensat aufweisen, die im Bereich des unteren Auflagesteges (23) angeordnet ist und in die Auffangrinne (17, 24) eines darunter angeordneten Rahmenelementes (4) oder des Basisbehälters (3) mündet. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querholme (19) der Rahmenelemente (4) an deren Innenseite zumindest eine in das Innere das Hohlprofils führende Ablauföffnung (27) in Höhe des gewünschten Pegelstandes des Rohwassers im Verdampfungsbehälter (15) aufweisen, wobei im unteren Bereich der Querholme (19) zumindest eine Austrittsöffnung (28) angeordnet ist, die in den darunter angeordneten Verdampfungsbehälter (15) oder in den Basisbehälter (3) mündet. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- und Querholme (18, 19) der Rahmenelemente (4) aus Edelstahl, emailliertem Stahlblech oder extrudiertem Aluminium bestehen. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Rahmenelemente (4) eingesetzten Bodenelemente (9) aus Glas, vorzugsweise ESG-Glas, bestehen und mit einem Dichtmittel, beispielsweise Silikon, zu den Längs- und Querholmen (18, 19) abgedichtet sind . 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rastelementen (20, 21) benachbarter Rahmenelemente (4) Dichtelemente angeordnet sind . |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser aus Rohwasser, insbesondere Salzwasser, Brackwasser oder Grundwasser mit einer Verdampfereinheit und einer mehrstufigen Kondensationseinheit, wobei das Rohwasser in mehreren übereinander angeordneten Verdampfungsbehältern vorliegt, deren Bodenelemente als Kondensationsflächen für darunter angeordnete Verdampfungsbehälter dienen.
In vielen Bereichen der Welt stellt die Versorgung mit Frischwasser bzw. Trinkwasser ein großes Problem dar, da diese Ressourcen meist nicht in ausreichender Menge und Qualität verfügbar sind. Gefragt sind vor allem kleine, kompakte Anlagen, die beispielsweise im ländlichen Bereich von einzelnen Familien im Garten oder auf Hausdächern betrieben werden können, wobei insbesondere solarbetriebene Anlagen von Vorteil sind.
In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DE 200 21 978 Ul eine solarthermische Entsalzungsanlage bekannt geworden, die aus einem mit Solarwärme betriebenen Basisbehälter (Verdampfereinheit) und mehreren übereinander angeordneten Wasserspeichern besteht. Durch die Erwärmung des Salzwassers im Basisbehälter tritt eine Verdampfung des Wassers ein. Der Dampf kondensiert an den kühleren Wänden des darüber angeordneten Wasserbehälter. Das sich bildende Kondensat wird von darunter angeordneten Auffangtrichtern aufgefangen und über Schlauchleitungen in einen Sammelbehälter ausgeleitet. Die bei der Kondensation freiwerdende Kondensationswärme wird an den jeweils darüber angeordneten Wasserbehälter abgegeben und erwärmt das darin enthaltene Salzwasser. Durch diese Anordnung können mehrere Kondensationsstufen übereinander aufgebaut und betrieben werden. Die einzelnen Wasserbehälter weisen Überlaufröhrchen auf, durch die der Wasserstand in den einzelnen Wasserbehältern definiert wird, wobei überschüssiges Wasser in den jeweils darunter liegenden Behälter abgeführt wird .
Eine ähnliche Entsalzungsanlage ist aus der DE 94 04 427 Ul bekannt, bei welcher eine ein- oder mehrstufige Kondensationseinheit auf einen Solarkocher als Wärmequelle aufgesetzt wird, wobei ebenfalls das von der gekühlten Bodenfläche eines Wasserbehälters anfallende Kondensat in einem Sammelbehälter aufgefangen wird .
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von Vorrichtungen zur Gewinnung von Frischwasser der eingangs beschriebenen Art Verbesserungen vorzuschlagen, die den Einsatz derartiger Anlagen für den dezentralen Gebrauch vereinfachen und insbesondere Vorteile bei der in regelmäßigen Zeitabständen notwendigen Reinigung derartiger Anlagen bringen .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kondensationseinheit modulartig stapelbare Rahmenelemente mit zur Rahmenebene geneigt eingesetzten Bodenelementen aufweist, die jeweils einen Verdampfungsbehälter bilden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jeder Verdampfungsbehälter in einem separaten Rahmenelement angeordnet, wobei die einzelnen Rahmenelemente ohne Werkzeug aufeinander gestapelt und für deren Reinigung auch wieder getrennt werden können. Es sind somit sowohl die Verdampfungsbehälter als auch die Kondensationsflächen auf deren Rückseite für Reinigungszwecke optimal zugängig .
Die Erzeugung von Frischwasser mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf einer Mehrfachverdunstung, wobei die unterste Ebene der Kondensationseinheit direkt beheizt wird und dadurch das darin befindliche Rohwasser anfängt zu verdunsten. Die entstehende Feuchtigkeit schlägt sich an der Unterseite der darüber befindlichen Rahmenelemente nieder und beheizt diese indirekt durch die Abgabe seiner Kondensationswärme. Die treibende Kraft ist der Temperaturunterschied zwischen den benachbarten Rahmenelementen; ist kein Temperaturunterschied gegeben, kommt der Prozess zum erliegen. Das entstehende Kondensat läuft durch die leichte Schrägstellung der Bodenelemente in den einzelnen Rahmenelementen ab und wird separiert. Im indirekt beheizten Verdampfungsbehälter beginnt nun durch die zugeführte Wärme und die dadurch entstandene Temperaturdifferenz ebenfalls das Rohwasser zu verdunsten, wobei die Feuchtigkeit an das Bodenelement des darüber liegenden Rahmenelementes abgegeben wird . Dieser Prozess kann mehrmals wiederholt werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass der Temperaturunterschied als treibende Kraft für den Prozess mit der zunehmenden Anzahl der übereinander gestapelten Rahmenelemente abnimmt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn als Verdampfereinheit der Vorrichtung der vorzugsweise tonnenförmige Speicherbehälter einer herkömmlichen Solarkollektoreinheit verwendet wird, welcher zur Bereitstellung von Warmwasser dient. Der Vorteil besteht vor allem darin, dass bereits am Markt befindliche Kleinanlage für die solarthermische Brauchwassererwärmung relativ einfach adaptiert werden können, so dass damit Warmwasser und destilliertes Trinkwasser mit einem Gerät hergestellt werden können.
Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil besteht in der Stagnationsvermeidung, da Ther- mosiphonanlagen oft bereits nach wenigen Stunden Sonnenschein vollständig aufgeladen sind und dann entweder aufwändig abgeregelt werde müssen oder zu kochen beginnen, wobei sich Dampf in den Absorberleitungen bildet, der zur Schädigung der Solarpaneele führen kann. Weiters kommt es zu einer übermäßigen Alterung eines eventuell vorhandenen Frostschutzmittels.
Durch die mehrstufige Kondensationseinheit wird ein Abnehmer für diese überschüssige Wärmemenge geschaffen, der ein Überhitzen der Anlage zuverlässig vermeidet. Weiters sorgt die Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser dafür, dass das Warmwasser im Speicherbehälter der Solarkollektoreinheit nicht zur tief abgekühlt wird. So werden die Temperaturschwankungen im Speicher reduziert, was die Verkalkungsanfälligkeit verringert und für einen höheren Komfort für den Nutzer sorgt.
Die eingestrahlte Sonnenenergie kann vom Kollektor der kombinierten Einheit wesentlich besser genutzt werden, da er auf einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben wird, was den Wirkungsgrad erhöht und einen ganztägigen Vollbetrieb bei maximaler Leistungsabgabe gewährleistet. Mit der kombinierten Anlage kann ein bis zu fünffach höherer Kollektorertrag bei wesentlich erhöhter Lebensdauer der Anlage erzielt werden.
Erfindungsgemäß bestehen die Rahmenelemente aus parallelen Längs- und Querholmen aus Hohlprofilen, wobei die einzelnen Rahmenelemente mittels Rastelementen, beispielsweise einem Raststeg einerseits und einem Halteflansch andererseits miteinander verbindbar und einfach wieder lösbar sind. Bevorzugt können die Längs- und Querholme der Rahmenelemente aus Edelstahl, emailliertem Stahlblech oder extrudiertem Aluminiumbestehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn am oberen Rand der Innenseite der Längsholme eine Auffangrinne zur Aufnahme des an der Kondensationsfläche anfallenden Kondensates ausgebildet ist, wobei die Längsholme zum Abtransport des Kondensates zumindest eine Ablauföffnung aufweisen, die von der Auffangrinne in das Innere des Hohlprofils führt und weiters zumindest eine Austrittsöffnung für das Kondensat aufweisen, die im Bereich des unteren Auflagesteges angeordnet ist und in die Auffangrinne eines darunter angeordneten Rahmenelementes mündet. Das Kondensat wird somit Stufe um Stufe nach unten, in heißere Bereiche geführt, wodurch die Keimzahl im Frischwasser wirksam verringert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Querholme der Rahmenelemente an deren Innenseite zumindest eine in das Innere das Hohlprofils führende Ablauföffnung in Höhe des gewünschten Pegelstandes des Rohwassers im Verdampfungsbehälter aufweisen, wobei im unteren Bereich der Querholme zumindest eine Austrittsöffnung angeordnet ist, die in dem darunter angeordneten Verdampfungsbehälter mündet. Durch die angeführten Maßnahmen kann die Führung des Rohwassers und des Frischwassers in der Vorrichtung sauber getrennt werden, wobei zusätzliche, schlecht zu reinigende Schlauch- und Verbindungsleitungen entfallen können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser aus des Rahmenelementes aus Fig. 3;
Fig. 5 eine Rohwasser in einer dreidimensionalen Darstellung;
Fig. 2 die Kondensationseinheit aus Fig . 1 in einer Schnittdarstellung;
Fig. 3 eine dreidimensionale, teilweise geschnittene Darstellung eines
Rahmenelementes der Kondensationseinheit;
Fig. 4 eine Detaildarstellung vergrößerte Schnittdarstellung der Längsholme der Kondensationseinheit;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Querholme der Kondensationseinheit; sowie
Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Profilvariante des Rahmenelementes.
Die Übersichtsskizze gemäß Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus beispielsweise Salzwasser als Aufsatz auf eine herkömmliche Solarkollektoreinheit 10, deren Speicherbehälter 11 mit einem Teil seiner Außenwand direkt als Verdampfereinheit 1 für das eingesetzte Salzwasser dient. Die Kondensationseinheit 2 wird auf einen Basisbehälter 3 gesetzt, der direkt an der Mantelfläche des tonnenförmigen Speicherbehälters 11 befestigt, beispielsweise angeschweißt ist. Die Kondensatoreinheit 2 besteht im darstellten Beispiel aus sechs modulartig stapelbaren Rahmenelementen 4 und einen auf das letzte Rahmenelement aufgesetzten Vorratsbehälter 5 für das Rohwasser. Der Vorratsbehälter 5 kann gleichzeitig die letzte Kondensationsstufe der Kondensationseinheit 2 bilden, wobei die Verdunstung über den Einfüllstutzen 6 für das Rohwasser (Pfeil 7) erfolgen kann. Zur besseren Übersicht wurden allfällige Wärmeisolierungen am Speicherbehälter 11 und an der Kondensationseinheit 2 weggelassen. Die Entnahme des Frisch- bzw. Trinkwassers (s. Pfeil 8) erfolgt an zwei gegenüberliegenden Auffangrinnen 17 des Basiselementes 3 (siehe Fig. 2).
Die Solarkollektoreinheit 10 weist beispielsweise zwei Kollektorpaneele 12 auf, die mittels Thermosiphonprinzip den Speicherbehälter 11 thermisch aufladen, wobei die Kaltwasserzufuhr mit 13 und die Warmwasserentnahme mit 14 angedeutet ist.
Die in Fig . 2 dargestellte Schnittdarstellung zeigt die Kondensatoreinheit 2 aufgesetzt auf den Basisbehälter 3 bei abgenommenen Vorratsbehälter 5. Die einzeln stapelbaren Rahmenelemente 4 weisen jeweils ein zur Rahmenebene geneigt einsetzbares Bodenelement 9 auf und bilden so übereinander angeordnete Verdampfungsbehälter 15, deren Bodenelemente 9 an der Unterseite Kondensationsflächen 16 für den jeweils darunter angeordneten Verdampfungsbehälter 15 bilden. Um eine gleichmäßige Beladung der Kondensationseinheit 2 mit Rohwasser zu erreichen, können benachbarte Rahmenelemente 4 Bodenelemente 9 mit unterschiedlichen Neigungsrichtungen aufweisen (siehe Fig . 2).
Wie in Fig . 3 dargestellt, bestehen die Rahmenelemente 4 aus parallelen Längsund Querholmen 18, 19 aus Hohlprofilen, wobei die Rahmenelemente 4 mittels Rastelementen, beispielsweise einem Raststeg 20 einerseits und einem Halteflansch 21 andererseits, miteinander verbindbar sind . Für die Längs- und Querholme 18, 19 kann das gleiche Profil verwendet werden, wobei bei den Längsholmen 18 die ebene Profilseite außen und bei den Querholmen die ebene Profilseite innen angeordnet ist.
Die Längsholme 18 der Rahmenelemente 4 weisen an deren Innenseite einen oberen 22 und einen unteren Auflagesteg 23 für das Bodenelement 9 auf, welches ausgehend vom oberen Auflagesteg 22 eines Längsholmes 18 zum unteren Auflagesteg 23 des gegenüberliegenden Längsholmes 18 in das Rahmenelement 4 zur Rahmenebene geneigt eingesetzt ist.
Fig . 4 zeigt den Profilquerschnitt im Detail . Demnach ist am oberen Rand der Innenseite der Längsholme 18 eine Auffangrinne 24 zur Aufnahme des an der Kondensationsfläche 16 der Bodenelemente 9 anfallenden Kondensates ausgebildet. Zum Weiterleiten des Kondensats weisen die Auffangrinnen 24 Ablauföffnungen 25 auf (siehe auch Fig. 5), die von der Auffangrinne 24 in das Innere des Hohlprofils führen. Weiters sind Austrittsöffnungen 26 für das Kondensat vorgesehen, die im Bereich unterhalb des unteren Auflagesteges 23 angeordnet sind und in die Auffangrinne 24 eines darunter angeordneten Rahmenelementes 4 bzw. 17 des Basisbehälters 3 münden.
Wie in Fig . 6 dargestellt, weisen auch die Querholme 19 an deren Innenseite in das Innere des Hohlprofils führende Ablauföffnungen 27 in Höhe des gewünschten Pegelstandes P des Rohwassers im Verdampfungsbehälter 15 auf, wobei im unteren Bereich der Querholme 19 Austrittsöffnungen 28 angeordnet sind, die in den darunter angeordneten Verdampfungsbehälter 15 oder in den Basisbehälter 3 münden . Die Ablauföffnungen 25, 27 und die Austrittsöffnungen 26, 28 der Längs- und Querholme 18, 19 können beispielsweise durch Bohren oder Stanzen hergestellt werden. Wie in Fig . 6 dargestellt, können die Rahmenelemente 4 jeweils um 180° gedreht aufeinander gestapelt werden, wodurch bei völlig gleichartig hergestellten Rahmenelementen eine mit den Pfeilen 29 angedeutete Querdurchströmung in den Verdampfungsbehältern 15 erzielt wird und die Bodenelemente 9 die in Fig . 2 dargestellten unterschiedlichen Neigungsrichtungen (Zick- Zack-Stellung) aufweisen.
Die in die Rahmenelemente 4 eingesetzten Bodenelemente 9 können aus Glas, vorzugsweise aus ESG-Glas, bestehen und mit einem Dichtmittel, beispielsweise Silikon, zu den Längs- und Querholmen 18, 19 abgedichtet sein.
Fig . 7 zeigt eine beispielhafte Profilvariante (Niroprofil) für die Längs- und Querholme 18, 19 der Rahmenelemente 4 mit einer Gesamthöhe a von 80 mm und einer Gesamtbreite von ca. 22 mm, wobei die Auflagestege 22, 23 zur Rahmenebene um einen Winkel α von ca . 7° geneigt sind .
Um das Entweichen von Wasserdampf aus der mehrstufigen Kondensationseinheit 2 zu minimieren können an den Rastelementen 20, 21 benachbarter Rahmenelemente 4 Dichtelemente oder ein umlaufendes Dichtelement, wie Dichtlippen oder Dichtbänder angeordnet sein.
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