Die Erfindung betrifft ein Thermisches-Verdunstungs-System
zur Trinkwasseraufbereitung aus Meer-, Brack-, oder Abwasser und/oder
zur Entsalzung von Meerwasser.The invention relates to a thermal evaporation system
for drinking water treatment from sea, brackish or wastewater and / or
for desalination of sea water.
Bekannte Verfahren zur Entsalzung
von Meerwasser sind z. B. Osmose un Umkehrosmose, basierend auf
dem Prinzip des Filtrierens von Meerwasser über synthetische Membranen,
dabei wird das zu behandelnde Medium durch die Poren der Membranen
gepreßt.
Die hierzu erforderlichen Drücke
liegen bei bis zu 60 bar, der entsprechende Energieaufwand herfür ist also
sehr groß.
Auch dürfen
bei Betrachtung unter den Aspekten Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit
der zur Herstellung solcher Membranen notwendige Rohstoff- und Energieaufwand
und die bei der Fertigung anfallenden umweltbelastenden Abfallstoffe
nicht außer
Acht gelassen werden.Known desalination processes
of sea water are e.g. B. osmosis and reverse osmosis, based on
the principle of filtering seawater over synthetic membranes,
the medium to be treated passes through the pores of the membranes
pressed.
The pressures required for this
are up to 60 bar, so the corresponding energy expenditure is necessary
very large.
Also allowed
when considering the aspects of economy and environmental compatibility
the raw material and energy required to manufacture such membranes
and the environmentally harmful waste materials that arise during production
not except
Be careful.
Bei der thermischen Meerwasserentsalzung und
Aufbereitung von Brack- oder Abwässern
wird dem zu behandelnden Medium Energie in thermischer Form zugeführt. Hierbei
geht das Medium vom flüssigen, über den
siedenden in den gasförmigen Aggregatzustand über. Erfolgt
der Übergang
vom flüssigen
in den gasförmigen
Aggregatzustand bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes, so spricht
man von Verdunsten, wobei beim Verdunsten wesentlich geringere Mengen
pro Zeiteinheit in den gasförmigen
Zustand übergehen,
als beim Verdampfen. Während
das Verdunsten an der Oberfläche
des Mediums stattfindet, erfolgt das Verdampfen durch Gasbildung
im Inneren der Flüssigkeit,
hieraus ist ersichtlich, daß zum
Verdunsten große
Oberflächen notwendig
sind. Wird derart ein belastetes Medium zum Verdampfen gebracht,
so entsteht Wasserdampf, welcher als Kondensat aufgefangen werden kann.
Entsprechende Vorrichtungen werden Destillen genannt. Das entstehende
Destillat ist bei entsprechender Verdampfungsrate reines Wasser
ohne Belastungsrückstände wie
z. B. Salze oder andere kontaminierte Stoffe. Bei konstantem Druck
stimmen Siedetemperatur und Kondensationstemperatur überein,
d. h., daß beim
Kondensieren die zum Verdampfen zugeführte Wärme in Form von Kondensationswärme wieder
frei wird. Bei einem reinen Destillat sollte daher darauf geachtet
werden, daß die
Verdampfung unter Normaldruck bei maximal Siedetemperatur stattfindet.
Um eine Kontaminierung durch Kohäsion
zu verhindern, sollte ein Sieden der Oberfläche des flüssigen Mediums weitgehend unterbleiben.
Es bieten sich daher Arbeitstemperaturen von ca. 80° bis maximal
90°C an,
wobei Energieaufwand bei ca. 150 kW/h bis 180 kW/h pro m3 kondensierten Wassers liegt. Aus o. g.
Gründen
der Reinheit des erforderlichen Destillats ist von höheren Temperaturen, theoretisch
sind 120°C
möglich,
im Drucksystem abzuraten. Als Abfallprodukt während und nach dem Verdampfungsvorgang
fällt Wasser
als reines Destillat zur weiteren Verwendung und in der Destille
abgeschiedene Feststoffe an.In thermal seawater desalination and treatment of brackish or waste water, the medium to be treated is supplied with energy in thermal form. Here, the medium changes from the liquid to the boiling to the gaseous state. If the transition from the liquid to the gaseous state of matter takes place at temperatures below the boiling point, one speaks of evaporation, whereby evaporation turns into much smaller quantities per unit time than the evaporation. While the evaporation takes place on the surface of the medium, the evaporation takes place by gas formation inside the liquid, from which it can be seen that large surfaces are required for the evaporation. If a contaminated medium is vaporized in this way, water vapor is generated, which can be collected as condensate. Corresponding devices are called stills. The resulting distillate is pure water with no evaporation residues such as e.g. B. salts or other contaminated substances. At constant pressure, the boiling temperature and the condensation temperature are the same, that is to say that during the condensation, the heat supplied for evaporation is released again in the form of condensation heat. In the case of a pure distillate, care should therefore be taken that the evaporation takes place under normal pressure at the maximum boiling temperature. To prevent contamination by cohesion, boiling of the surface of the liquid medium should be largely avoided. There are therefore working temperatures from approx. 80 ° to a maximum of 90 ° C, with energy consumption being approx. 150 kW / h to 180 kW / h per m 3 of condensed water. For the above reasons, the purity of the distillate required, higher temperatures, theoretically 120 ° C, are advisable in the printing system. As a waste product during and after the evaporation process, water is obtained as pure distillate for further use and solids separated in the still.
Weitere Abfälle und Rückstände sind vom verwendeten Primärenergieträger abhängig, der
in thermische Energie umgewandelt, den Verdampfungsprozeß in Gang
setzt.Further waste and residues depend on the primary energy source used
converted into thermal energy, the evaporation process in motion
puts.
Als Primärenergie kommen regenerative
Energieformen in thermischer Form aus Sonneneinstrahlung, in elektrischer
Form über
Solarzellen, in elektrischer Form aus Windkrafträdern und in geothermer Form
durch Ausnutzung hoher Bodentemperaturen in Betracht. Auch fossile
Energieträger
in Form von Gas, Öl,
Kohle, aber auch Holz und/oder andere kohlenstoffhaltigen organischen
Brennstoffe können
Verwendung finden.The primary energy is regenerative
Forms of energy in thermal form from solar radiation, in electrical
Shape over
Solar cells, in electrical form from wind turbines and in geothermal form
by taking advantage of high soil temperatures. Even fossil
fuels
in the form of gas, oil,
Coal, but also wood and / or other carbon-containing organic
Fuels can
Find use.
Eine erfindungsgemäße Anlage
besteht u. a. aus einem Kessel (1), der aufzubereitendes
Wasser (12) enthält.
Dieser ist so ausgebildet, das er von unten her durch Befeuerung
(2) beheitzt werden kann, oder je nach Variante durch Heizelemente
(3) im Inneren des Kessels (1) das Wasser (12)
erhitzt werden kann. An der Oberfläche des Wasserspiegels verdunstendes
Wasser steigt nach oben und kondensiert an den als Kondensatorfläche (4)
ausgebildeten oberen Abschluß dieses
Kessels (1), der etwa kegelförmig (mit Spitze nach oben)
gestaltet ist. Am oberen Ende des etwa zylinderförmigen Kesselmantels ist auf
der Innenseite umlaufend eine Kondensatauffangrinne (14)
angebracht, die an einer Stelle am Kesselmantelumfang eine tiefste
Stelle mit einem Ablaufrohr (5) besitzt, durch das Kondensat
nach außen
abfließen
kann. Über
dem oberen etwa kegelförmigen
Behälterabschluß befindet
sich etwa äquidistant
dazu eine weitere etwa kegelförmige
Abdeckung, die zusammen mit dem am Kesselumfang nach oben fortgesetzten
Zylindermantel ein Gehäuse für die Kondensatorkühlluft bildet.
Am Zylindermantel dieses Gehäuses
sind Ausschnitte (6) angebracht, die einen von außen her
zentral nach innen und oben verlaufenden Kondensatorkühlluftstrom
ermöglichen.
An der Außenseite
der Kondensatorfläche
(4), in radialer Richtung verlaufende Kühlflächen (9) unterstützen die
Wärmeableitung
von der Kondensatorfläche
(4) zum Kühlluftstrom.
Im Bereich der Kegelspitze der oberen Kondensatorkühlluftgehäusewand wird
die Kühlluft
durch ein Rohr (7) nach oben abgeleitet. In diesem Rohr
(7) kann je nach Bedarf ein den Kühlluftstrom unterstützender
Lüfter
angebracht werden. Des weiteren sind am Umfang des nach oben führenden
Rohres (7) Solarkollektoren (8) angebracht, die
Wärme an
die Rohrmantelfläche
weiterleiten, die darin nach oben strömende Luft weiter erwärmen und
so den Kondensatorkühlluftstrom
verstärken.
Die Zufuhr des aufzubereitenden Mediums erfolgt durch ein von außen her
in den Kessel führendes
Rohr (10), das unterhalb der umlaufenden Kondenswasserauffangrinne
(14) angebracht ist. In der Nähe des unteren Kesselbodens
ist am Kesselmantel ein Rohr (11) positioniert, durch das
Schmutzwasser nach außen
abfließen
kann.A system according to the invention consists, among other things, of a boiler ( 1 ), the water to be treated ( 12 ) contains. This is designed so that it can be fired from below ( 2 ) can be heated, or depending on the variant with heating elements ( 3 ) inside the boiler ( 1 ) the water ( 12 ) can be heated. Water evaporating on the surface of the water level rises and condenses on the surface of the condenser ( 4 ) trained upper end of this boiler ( 1 ), which is roughly conical (with the top pointing up). At the upper end of the approximately cylindrical boiler shell, a condensate collecting channel ( 14 ) attached which has a deepest point with a drain pipe at a point on the circumference of the boiler ( 5 ) through which condensate can flow to the outside. About the upper approximately conical container closure is approximately equidistant from this another approximately conical cover which, together with the cylinder jacket which continues upwards on the boiler circumference, forms a housing for the condenser cooling air. There are cutouts on the cylinder jacket of this housing ( 6 ) attached, which enable a condenser cooling air flow running centrally from the outside inwards and upwards. On the outside of the capacitor surface ( 4 ), cooling surfaces running in the radial direction ( 9 ) support heat dissipation from the condenser surface ( 4 ) to the cooling air flow. In the area of the cone tip of the upper condenser cooling air housing wall, the cooling air is passed through a pipe ( 7 ) derived upwards. In this tube ( 7 ) a fan supporting the cooling air flow can be attached as required. Furthermore, on the circumference of the pipe leading upwards ( 7 ) Solar collectors ( 8th ) attached, transfer the heat to the pipe surface, further heat the air flowing upwards, thus increasing the condenser cooling air flow. The medium to be processed is fed into the boiler from the outside of the pipe ( 10 ), which underneath the surrounding condensate drainage channel ( 14 ) is attached. There is a tube on the boiler jacket near the bottom of the boiler ( 11 ) through which dirty water can flow outwards.
Werden mehrere Einheiten der oben
beschriebene Anlage zusammengeschaltet, so ermöglicht dies das Wegschalten
einer oder mehrerer Einzelanlagen, z. B. zur Wartung oder Reinigung,
ohne daß das
gesammte System abgeschaltet werden muß.Be multiple units of the above
system described interconnected, so this enables disconnection
one or more individual systems, e.g. B. for maintenance or cleaning,
without that
entire system must be switched off.
Das sich hieraus ergebende Konzept
aus möglichst
regenerativ über
Kollektoren beheizten thermischen Destillen, Komponentenbauweise,
Berücksichtigung
der Architektur und Bauplanung in Form von Speicherbecken u. a.
ermöglicht
nicht nur preiswerte, sondern höchst
effektive Meerwasserentsalzungsanlagen. Durch sinnvolle Auswahl
der Baukomponenten und entsprechende Konstruktion und Planung ergeben
sich nahezu wartungsfreie Anlagen, mit Wartungsintervallen von mehr
als 6 Monaten. Je nach Konstruktion sind zu wartende Teile einer
solchen Anlage Partikelschutz- bzw. Grobfilter, Funktion der Hauptpumpen,
der wesentlichen Anlagenkomponenten, Füllstand der Wärmeträger der Wärmetauschsysteme,
Undichtigkeiten und dergleichen mehr. Kostenintensivere Wartungen
und Austausch teurer Membranen sind nicht mehr notwendig. Aus dem
dargestelltem Funktionsprinzip ergibt sich somit eine höchst effektive
und sichere Anlage zur Meerwasserentsalzung, die entgegen anderen
Systemen beliebig und ohne großen
Aufwand erweitert werden kann. Auch bei Beschädigung einzelner Komponenten
ist ein großer
Anlagenkomplex in der Lage, den Betrieb aufrecht zu erhalten.The resulting concept
from if possible
regenerative about
Collectors heated thermal stills, component design,
consideration
of architecture and construction planning in the form of storage pools u. a.
allows
not only inexpensive, but top
effective desalination plants. Through sensible selection
of the construction components and the corresponding construction and planning
almost maintenance-free systems, with maintenance intervals of more
than 6 months. Depending on the construction, parts to be serviced are one
such system particle protection or coarse filter, function of the main pumps,
the essential system components, the level of the heat transfer medium of the heat exchange systems,
Leaks and the like. More expensive maintenance
and replacement of expensive membranes is no longer necessary. From the
The functional principle shown results in a highly effective
and safe plant for seawater desalination that opposes others
Systems arbitrarily and without large
Effort can be expanded. Even if individual components are damaged
is a big
Plant complex able to maintain operations.