DE10361318A1

DE10361318A1 - Anlage zur Entsalzung von Meerwasser

Info

Publication number: DE10361318A1
Application number: DE10361318A
Authority: DE
Inventors: Richard Engelmann
Original assignee: ENGELMANN SOLAR
Current assignee: ENGELMANN SOLAR
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

Es wird eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser vorgeschlagen, bei dem eine Brüdenverdichtung (31, 37) mit einer Absorptionskraftmaschine (13, 15, 17, 19) so kombiniert wird, dass die gesamte für den Prozess benötigte Energie mithilfe eines Solar-Kollektors (29) zugeführt werden kann. Dabei werden ausschließlich bereits seit langem bewährte Komponenten und Baugruppen eingesetzt, so dass der Betrieb störungsfrei und zuverlässig erfolgen kann.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anlage zur Entsalzung von Meerwasser mit einem Meerwasserverdampfer, einem mechanischen Brüdenverdichter und einem Brüdenkondensator, wobei dem Meerwasserverdampfer Meerwasser, das entsalzt werden soll, zuführt wird, und wobei aus dem Brüdenkondensator entsalztes Wasser abgezogen wird.

Solche Anlagen zum Entsalzen von Meerwasser sind seit langem bekannt. Sie werden auch zum Eindicken von Fruchtsäften, Milch, oder der Würze bei der Bierherstellung eingesetzt. Umgangsprachlich werden sie als Brüdenverdichter bezeichnet.

Weil beim Brüdenverdichter die Kondensationswärme des Wasserdampfes zum Kochen des Meerwassers wiederverwendet wird, benötigt diese Art der Meerwasserentsalzung nur relativ wenig thermische und mechanische Energie. Die mechanische Energie wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten großtechnischen Anlagen beispielsweise durch Dampfturbinen bereitgestellt. Die im Dampfkreislauf anfallende Abwärme wird zum Vorwärmen des Meerwassers ebenso wie zum Heizen des Meerwasserverdampfers eingesetzt. Allerdings benötigt der Dampfturbinenprozess einen fossilen Energieträger, um die erforderlichen hohen Temperaturen bei der Dampferzeugung bereitzustellen. Bei diesen Anlagen entstehen somit erstens hohe Kosten bei der Herstellung und auch während des laufenden Betriebs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und deren Betriebskosten gering sind. Außerdem soll die erfindungsgemäße Anlage möglichst sowohl in kleinen Baugrößen als auch bis hin zu größten Baugrößen herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage zur Entsalzung von Meerwasser mit einem Meerwasserverdampfer, einem mechanischen Brüdenverdichter und einem Brüdenkondensator, wobei dem Meerwasserverdampfer zu entsalzendes Meerwasser zugeführt wird, und wobei aus dem Brüdenkondensator entsalztes Wasser abgezogen wird, dadurch gelöst, dass der Brüdenverdichter von einer Absorbtionskraftmaschine mit einem Austreiber, mit einem Absorber, mit einer Entspannungsmaschine für ein Arbeitsmittel, mit einer Umwälzpumpe und einem Regelventil für ein Lösungsmittel angetrieben wird.

Die erfindungsgemäß beanspruchte Absorbtionskraftmaschine ist vergleichbar mit den seit über einem Jahrhundert erfolgreich eingesetzten Absorbtionskältemaschinen mit Ammoniak als Kältemittel und Wasser als Lösungsmittel. Solche Absorbtionskältemaschinen sind sowohl mit kleinen als auch mit großen Leistungen bewährt. Deshalb kann, wenn erfindungsgemäß eine Absorbtionskraftmaschine zur Meerwasserentsalzung eingesetzt wird, auf eine bereits bekannte, bewährte, robuste und preiswerte Anlagentechnik zurückgegriffen werden. Dies führt zu günstigen Herstellkosten und der Möglichkeit, auch in Entwicklungs- und Schwellenländern erfindungsgemäße Anlagen erfolgreich herzustellen und zu betreiben.

Weil die Absorbtionskraftmaschine, ebenso wie die erwähnten Absorbtionskältemaschinen, bei relativ geringem Drücken von beispielsweise weniger als zehn Bar und Temperaturen unter 150° Celsius arbeiten können, sind die sicherheitstechnischen Anforderungen an die erfindungsgemäße Anlage zur Entsalzung von Meerwasser relativ gering. Auch die Auswahl geeigneter temperatur- und druckfester Werkstoffe ist wegen des relativ geringen Druckniveaus und der relativ geringen Temperaturen, ohne weiteres möglich.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Lösungsmittel Wasser (H₂O) und als Arbeitsmittel Ammoniak (NH₃) eingesetzt wird. Dieses Arbeitspaar ist, wie bereits erwähnt, seit über 100 Jahren erfolgreich bei Absorbtionskältemaschinen eingesetzt worden. Außerdem ist es preisgünstig in der Herstellung, hat kein klimaschädigendes Potenzial und ist außerdem nur schwer entzündlich. Schließlich werden Lecks in der Absorbtionskraftmaschine, wegen des stechenden Geruchs von Ammoniak, sehr schnell wahrgenommen und zwar bevor sich eine Gesundheitsschädigende Konzentration von Ammoniak gebildet hat. Auch unter diesen Aspekten ist die erfindungsgemäße Anlage zur Entsalzung von Meerwasser einfach, sicher und zuverlässig zu betreiben.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Austreiber solar beheizt, so dass keine fossilen Energieträger benötigt werden, um Meerwasser zu entsalzen. Selbstverständlich ist es auch möglich, vor allem wegen des niedrigen Temperaturniveaus von maximal 150 C, dass Abwärme aus industriellen Prozessen zur Beheizung des Austreibers benutzt wird. Auch in diesem Fall kann auf den Einsatz von fossilen Brennstoffen für die Meerwasserentsalzung verzichtet werden.

Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Anlage zur Entsalzung von Meerwasser nicht nur zum Entsalzen von Meerwasser eingesetzt werden kann, sondern auch zum Eindicken nahezu beliebiger Flüssigkeiten, besonders bevorzugt diese Flüssigkeiten im wesentlichen aus Wasser bestehen.

Alternativ kann eine mit Arbeitsmittel angereicherte Lösung des Lösemittels durch einen Solarkollektor und anschließend in den Austreiber geleitet werden oder der Austreiber kann in den Solarkollektor integriert werden. In beiden Fällen ist es auf einfache und mit bewährten technischen Komponenten möglich, die Solarenergie in die reiche Lösung des Arbeitsmittels einzukoppeln, so dass das Arbeitsmittel verdampft und als Arbeitsgas mit einem Druck von beispielsweise fünf Bar und einer Temperatur von 110° C bis 120° C zur Verfügung steht. Welcher der beiden Ausführungsvarianten im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, muß im Einzelfall entschieden werden.

Um den spezifischen Energiebedarf der erfindungsgemäßen Anlage zur Entsalzung von Meerwasser zu verringern ist weiter vorgesehen, dass der Absorber mit dem dem Verdampfer zugeführten Meerwasser gekühlt wird.

Der spezifische Energiebedarf der erfindungsgemäßen Anlage zur Entsalzung von Meerwasser kann noch weiter verringert werden, wenn ein erster Wärmetauscher zwischen der armen Lösung und der reichen Lösung des Lösungsmittels vorgesehen ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist ein zweiter Wärmetauscher zwischen dem dem Meerwasserverdampfer zugeführten Meerwasser und dem Lösungsmittel vorgesehen.

Der spezifische Energiebedarf kann weiter verringert werden, wenn ein dritter Wärmetauscher zwischen dem entsalzten Wasser und dem Meerwasser vorgesehen ist.

Es versteht sich von selbst, dass der innere Wärmeaustausch zwischen Absorber und Meerwasser sowie zwischen der armen Lösung und der reichen Lösung des Lösungsmittels sowie zwischen dem Meerwasser und dem Lösungsmittel und dem entsalzten Wasser so vorgenommen wird, dass die intern anfallende Abwärme bestmöglich genutzt wird. Dies bedeutet, dass die Wärme nach Möglichkeit mit geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem wärmeabgebenden Fluid und dem wärmeaufnehmenden Fluid erfolgt. Da es sich bei allen Wärmeübertragungsvorgängen um Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten handelt, sind die hierzu erforderlichen Wärmetauscher sehr kompakt und leistungsfähig. Auch dieser Effekt wirkt sich positiv auf die Herstellungs- und Betriebskosten der erfindungsgemäßen Anlage aus.

Um die erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Austreiber und dem Absorber aufrechterhalten zu können, ist in weiterer Ergänzung der Erfindung zwischen dem Austreiber und dem Absorber ein Regelventil angeordnet, der arme Lösung des Lösungsmittels von beispielsweise 5 Bar auf 1 Bar entspannt.

Auf der anderen Seite des Absorbers wird die reiche Lösung, welche von der Umwälzpumpe aus dem Absorber in den Austreiber gepumpt wird, auf einen Druck von beispielsweise 5 Bar erhöht. Mit dieser Druckerhöhung erhöht sich der Siedepunkt der reichen Lösung auf etwa 110° C bis 120° C.

Um im Austreiber den im Lösungsmittel gelöste Ammoniak auszutreiben, um ihn als Arbeitsgas einzusetzen, genügen somit Temperaturen von etwa 120° C. Diese Temperaturen können heutzutage in sonnenreichen Gebieten ohne weiteres durch Solarkollektoren bereitgestellt werden.

Um das Arbeitsmittel, welches nach dem Austreiben aus dem Lösungsmittel im Austreiber gasförmig und bei einer Temperatur von etwa 120 C und einem Druck von etwa fünf Bar vorliegt, bestmöglich nützten zu können, ist eine Entspannungsmaschine vorgesehen, die als Kolbenmaschine oder Strömungsmaschine oder als Membranpumpe ausgeführt sein kann. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Temperaturen von 120°C und Drücke von 5 bar beschränkt. Es sind vielmehr auch höhere Temperaturen, beispielsweise von 150° C und mehr die entsprechenden Drücke auch als erfindungsgemäß mitbeansprucht.

Wenn das unter Druck stehende Arbeitsmittel durch die Entspannungsmaschine geleitet wird, entspannt sich das Arbeitsmittel und kühlt sich gleichzeitig ab. Dabei kann in der Entspannungsmaschine mechanische Arbeit gewonnen werden. Wenn als Arbeitsmittel Ammoniak eingesetzt wird, kühlt sich der Ammoniak bei einer Expansion von 5 Bar auf 1 Bar ausgehend von etwa von 120° C auf etwa 7° C ab. Dies bedeutet, dass eine Temperaturdifferenz von über 100 Kelvin für den Antrieb der Entspannungsmaschine verfügbar ist. In anderen Worten der Carnot-Wirkungsgrad des Ammoniak-Prozesses beträgt unter der Voraussetzung einer idealen Prozessführung 26%! Beim Gesamtwirkungsgrad des Systems ist der Energieaufwand für das Austreiben des Lösungsmittels zu berücksichtigen.

Alternativ kann die Entspannungsmaschine den Brüdenverdichter direkt oder indirekt antreiben. Wenn die Entspannungsmaschine den Brüdenverdichter direkt antreibt, wird der Gesamtwirkungsgrad der Anlage in der Regel verbessert. Allerdings kann der indirekte Antrieb des Brüdenverdichters mit Hilfe eines an der Entspannungsmaschine angeschlossenen elektrischen Generators und eines Elektromotors zum Antrieb des Brüdenverdichters die Anlagentechnik etwas vereinfachen, da Entspannungsmaschine und Brüdenverdichter nicht mehr in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden müssen. Außerdem kann, wenn ein Ungleichgewicht in der nachgefragten Leistung des Brüdenverdichters und der von der Entspannungsmaschine abgegebenen mechanischen Leistung besteht, diese Differenz durch Zuführen oder Abführen elektrischer Energie auf einfache Weise ausgeglichen werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung in den Patentansprüchen entnehmbar.

Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung in den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Zeichnung

Es zeigen:

1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Absorbtionskraftmaschine,

2. ein p-T-Diagramm der erfindungsgemäßen Absorbtions-Kraftmaschine und

3. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Entsalzung von Meerwasser mit einem Brüdenverdichter und einer erfindungsgemäßen Absorbtions-Kraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In 1 ist eine in Ihre Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 11 versehene Absorbtions-Kraftmaschine 11 schematisch dargestellt. Die Absorbtions-Kraftmaschine 11 besteht im wesentlichen aus einem Austreiber 13, einem Absorber 15, einer Entspannungsmaschine 17 sowie einer Umwälzpumpe 19.

Ausgehend von Wasser (H₂O) als Lösungsmittel und Ammoniak (NH₃) als Arbeitsmittel wird, das Lösungsmittel, wie allgemein üblich, als "reiche Lösung" bezeichnet, wenn das Arbeitsmittel in dem Lösungsmittel gelöst ist. In der sogenannten armen Lösung befindet sich verglichen mit der reichen Lösung nur noch wenig bis gar kein Arbeitsmittel mehr. In anderen Worten: Die arme Lösung besteht bei dem o. g. Stoffpaar mehr oder weniger aus reinem Wasser.

In einem Austreiber 3 wird reiche Lösung, das heißt Wasser in dem Ammoniak gelöst ist, unter einem Druck von 5 bar bei etwa 120° C zum Kochen gebracht, da der Siedepunkt von Ammoniak bei 5 bar niedriger liegt als der Siedepunkt von Wasser bei 5 bar verdampft der Ammoniak aus der reichen Lösung und wird im oberen Teil des Austreiber abgezogen. Dieser Zustand des Arbeitsmittels, bei einem Druck von 5 bar und einer Temperatur von 120° C ist in den 1 und 2 mit der Zahl 3 bezeichnet.

Um die reiche Lösung im Austreiber 13 zum Kochen zu bringen und dadurch das Arbeitsmittel austreiben zu können, muss dem Austreiber 13 Wärme Q_zu zugeführt werden. Dabei ist es prinzipiell unerheblich, woher diese Wärme stammt. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Wärme Q_zu durch einen Solarkollektor oder eine Abwärmequelle bereitgestellt wird, da in diesen Fällen keine fossile Energie zum Austreiben des Arbeitsmittels aus der reichen Lösung erforderlich ist.

Das Arbeitsmittel Ammoniak gelangt durch eine erste Leitung 21 vom Austreiber 13 zu einer Entspannungsmaschine 17. Dort entspannt sich das Arbeitsmittel von 5 bar auf beispielsweise 1 bar. Dabei nimmt das Volumen des Arbeitsmittels um etwa den Faktor 3,5 zu. Außerdem kühlt das Arbeitsmittel auf eine Temperatur von etwa 7° C ab. Dieser Zustand ist in dem p-T Diagramm der 2 mit der Zahl 4 gekennzeichnet. Durch die Entspannung des Arbeitsmittels in der Entspannungsmaschine 17 kann letztere mechanische Arbeit abgeben. Als Entspannungsmaschine ist prinzipiell jede Maschine, sei es eine Kolbenmaschine, eine Strömungsmaschine oder eine Mischform dieser Maschinen geeignet, wenn sie in dem genannten Temperatur und Druckbereichen einsetzbar ist. Selbstverständlich muss die Maschine auch gegenüber Ammoniak als Arbeitsmittel resistent sein. Welchem Typ von Entspannungsmaschine im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den örtlichen Gegebenheiten, aber auch der Verfügbarkeit und den Herstellungskosten der verschiedenen Maschinentypen ab.

Während das Arbeitsmittel durch die erste Leitung 21 und die Entspannungsmaschine 17 vom Austreiber zum Absorber 15 gelangt, wird die arme Lösung vom Austreiber 13 zum Absorber 15 durch eine zweite Leitung 23 und ein Regelventil 25 in den Absorber 15 geleitet. Das Regelventil 25 dient dazu, den Druck der armen Lösung von 5 bar auf den Entspannungsdruck des Arbeitsmittels am Ausgang der Entspannungsmaschine 17 abzusenken. Im vorliegenden Fall kann dieser Druck beispielsweise 1 bar betragen. Außerdem wird, um die Lösbarkeit des Arbeitsmittels im Lösungsmittel zu erhöhen, im Absorber Wärme abgeführt und somit das Lösungsmittel auf eine Temperatur von beispielsweise 40°Celsius abgekühlt. Bei diesen Bedingungen, 40° C und 1 bar Druck, löst sich das entspannte Arbeitsmittel im Lösungsmittel. Dabei erwärmt es sich von 7° Celsius auf 40° C. Gleichzeitig wird jedoch die Arbsorbtionswärme frei, so dass im Ergebnis Wärme, nämlich Q_ab, aus dem Absorber 15 abgeführt werden muss. Anschließend wird die sogenannte reiche Lösung, nämlich Wasser mit gelöstem Ammoniak, bei einer Temperatur von 40° C und einem Druck von 1 bar durch eine dritte Leitung 27 dem Austreiber 13 wieder zugeführt. Dabei wird durch die Pumpe 19 nicht nur die reiche Lösung vom Absorber zum Austreiber transportiert, Lösungsmittel umgewälzt, sondern gleichzeitig auch der Druck von etwa 1 bar auf etwa 5 bar erhöht.

In 2 sind die Zustandsänderungen des Arbeitsmittels Ammoniak in einem p-T-Diagramm dargestellt. Ausgehend vom Zustand 1 in dem das Arbeitsmittel im Lösungsmittel gelöst ist und eine Temperatur von beispielsweise 50° und einen Druck von 1 bar aufweist, wird die reiche Lösung und mit Ihr das Arbeitsmittel durch die Pumpe 19 isotherm auf einen Druck von 5 bar gebracht. Da das Arbeitsmittel in dem als Flüssigkeit vorliegenden Wasser gelöst ist, ist die zur Druckerhöhung erforderliche Arbeit der Pumpe 19 sehr gering.

In einem weiteren Schritt vom Zustand 2 zum Zustand 3 wird die Temperatur des Arbeitsmittels von 50° C auf beispielsweise 120° C isobar erhöht. Diese Temperaturerhöhung und mit ihr auch das Austreiben des Arbeitsmittels aus dem Lösungsmittel findet im Austreiber 13 statt. Das nunmehr gasförmig vorliegende Arbeitsmittel hat, nachdem es aus dem Lösungsmittel ausgetrieben wurde, einen Druck von 5 bar und eine Temperatur von etwa 120°. Dieser Zustand ist im p-T-Diagramm mit der Zahl 3 gekennzeichnet.

In der Entspannungsmaschine 17 wird das unter Druck stehende Arbeitsmittel polytrop auf einen Druck von etwa 1 bar entspannt. Dabei kühlt sich das Arbeitsmittel auf eine Temperatur von beispielsweise 7° C ab. Das heißt die nutzbare Temperaturdifferenz beträgt über 100° C, obwohl das Arbeitsmittel nur eine Temperatur von 100° Celsius hat. Dabei kann die Minimaltemperatur des Arbeitsmittels beim Austritt aus der Entspannungsmaschine 17 unterhalb der Umgebungstemperatur liegen.

Im Absorber 15 ist nur die Temperatur des Lösungsmittels (H²O) an die Umgebungstemperatur gekoppelt. Diese Kopplung ist gegeben, weil aus dem Lösungsmittel die Absorbtionswärme Q_ab abgeführt werden muss. Und dies wiederum ist nur möglich, wenn die Temperatur des Lösungsmittels im Absorber 15 höher ist als die Umgebungstemperatur. Das 7° C kalte Arbeitsmittel kann ohne Weiteres in dem beispielsweise 40° C warmen Lösungsmittel absorbiert werden.

In 2 wird deutlich, dass die Temperaturdifferenz bei der Entspannung des Arbeitsmittels größer ist als die Temperaturdifferenz des Lösungsmittels im Austreiber 13 und im Absorber 15. Dadurch ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Absorbtions-Kraftmaschine ein sehr guter Carnot-Wirkungsgrad, obwohl die obere Temperatur des Prozesses nämlich die Temperatur T³ im Punkt 3 des p-T-Diagramms relativ gering ist. Aus diesem Grund ist dieser Abosrptions-Prozess besonders geeignet, um mit Solarenergie oder Abwärme aus industriellen Prozessen, die naturgemäß nicht bei hohen Temperaturen anfällt, betrieben zu werden.

Nachfolgend ist der anhand der 1 und 2 dargestellte Kreisprozess des Arbeitsmittels Ammoniak beispielhaft berechnet.
Es gelten folgende Parameter:
Löslichkeit von Ammoniak in Wasser bei 40°C und 1 bar absolut: 33,8
Löslichkeit von Ammoniak in Wasser bei 120°C und 5 bar absolut: 10%
Spezifische Lösungswärme in Wasser q = 36kJ/mol
Gewählter Polytropenexponent n = 1,25 (zum Vergleich: idealer Adiabatenexponent x = 1,32)
gewählte Wärmemenge Q = 1kWh = 3 600 kJ
Die Gaskonstante für Ammoniak beträgt R = 0,488 kJ/kgK
Im Verdampfer wird eine 25%-ige Ammoniaklösung unter einem Druck von 5 bar mit einer Wärmemenge von 3 600 kJ beaufschlagt.
Es wird im wesentlichen Ammoniakgas ausgetrieben, welches dann mit ca 110°C oder 383° K zur Verfügung steht.
Die spezifische Menge beträgt Q/q = 3600/36 mol = 100 mol Das Ammoniakgas von 110°C wird in einer Wärmekraftmaschine auf das 3,5 fache seines Volumens expandiert.
Es entsteht ein Druck von P₂ = P₁ (V₁/V₂)ⁿ = 5 (1/3,5)^1,25 bar = 1 bar
Die zugehörige Temperatur beträgt T₂ = T₁ (V₁/V₂)^n-1 K = 383 (1/3,5)^0,25 K = 280 K oder 7°C. Das expandierte Gas strömt also mit 7°C dem Absorber zu.
Die Temperaturdifferenz dT = T₁ – T₂ = 103°K Im P-T-Diagramm durchläuft das Gas den Kreisprozess mit den Punkten 1-2-3-4 und den folgenden Prozessschritten:

1-2: isotherme Druckerhöhung der reichen Lösung von 1 bar auf 5 bar
2-3: isobare Erhitzung und Verdampfung des Ammoniaks
3-4: polytrope Expansion, wobei die Temperatur des Arbeitsgases niedriger als die Umgebungstemperatur liegt.
4-1: isobare Absorbtion; die Absorptionswärme wird frei.

In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Meerwasserentsalzung auf der Basis der anhand der 1 und 2 beschriebenen Absorbitions-Kraftmaschine dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt bezüglich der Absorbtions-Kraftmaschine das zu den 1 und 2 gesagte entsprechend. Es liegt auf der hand, dass die in den 1 und 2 beschriebene Absorbtions-Kraftmaschine nicht auf die Anwendung im Zusammenhang mit der Meerwasserentsalzung beschränkt ist, sondern auch zur Stromerzeugung oder anderen Zwecken eingesetzt werden kann.
Zunächst soll die Absorbtions-Kraftmaschine in 3 erläutert werden. Zusätzlich zu den in 1 beschriebenen Bauteilen ist bei dieser Absorbtions-Kraftmaschine 11 ein Solarkollektor 29 vorhanden. Die dritte Leitung 27 ist durch den Solarkolektor 29 geschleift, so dass die Pumpe 9 die reiche Lösung durch den Solarkollektor 29 pumpt. Dort wird er erwärmt, bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels bei einem Druck von beispielsweise 5 bar. Dieses siedende Lösungsmittel wird anschließend in den Austreiber 13 geleitet, wo sich das Arbeitsmittel Ammoniak vom Lösungsmittel Wasser trennt.
Alternativ zu der in 3 dargestellten Bauart kann der Austreiber 13 auch in den Solarkollektor 29 integriert sein, so dass am oberen Ende des Solarkollektors direkt das gasförmige Arbeitsmittel abgezogen werden kann diese Verfahrensvariante ist in 4 dargestellt.
Das gasförmige Arbeitsmittel gelangt anschließend durch die erste Leitung 21 zur Entspannungsmaschine 17 und von dort in den Absorber 15.
Parallel zu dieser Absorbtions-Kraftmaschine ist eine Meerwasserentsalzunganlage vorgesehen. Kernstück der Meerwasserentsalzunganlage ist ein Meerwasserverdampfer 31 dem Meerwasser über eine vierte Leitung 33 zugeführt wird. Der Meerwasserverdampfer 31 ist nicht vollständig mit Meerwasser gefüllt, so dass sich im oberen Teil des Meerwasserverdampfers 31 eine Trennfläche zwischen dem flüssigen Meerwasser und Wasserdampf ausbildet. Im oberen Teil des Meerwasserverdampfers 31 ist eine fünfte Leitung 35 angeschlossen, über welche ein Brüdenverdichter 37 den Brüden – hier Wasserdampf – absaugt und dessen Druck und damit auch dessen Temperatur leicht erhöht. Der verdichtete Brüden wird anschließend in einen Kühlmantel 39 des Meerwasserverdampfers 31 geleitet, wo er kondensiert und die Kondensationswärme an das im Meerwasserverdampfer 31 befindliche Meerwasser abgibt.
Am unteren Ende des Kühlmantels 39 wird das kondensierte und entsalzte Wasser über eine sechste Leitung 41 abgezogen.
Das Meerwasser wird am Anfang der vierten Leitung 33 angesaugt und dem Absorber 15 zugeführt. Der Absorber 15 ist ähnlich wie der Meerwasserverdampfer 31 aufgebaut und weist einen Kühlmantel 43 auf. In diesen Kühlmantel 43 wird das zu entsalzende Meerwasser von einer nicht dargestellten Pumpe oder durch den herrschenden Unterdruck gefördert. Dabei nimmt es die im Absorber 15 entstehende Absorbtionswärme auf und kühlt somit das im Absorber 15 befindliche Lösungsmittel. Dabei stellt sich eine Temperatur des Lösungsmittels von etwa 40° C ein und das Meerwasser wird entsprechend vorgewärmt. Anschließend wird das Meerwasser aus dem Kühlmantel 43 abgezogen und dem Meerwasserverdampfer 31 über die vierte Leitung 33 zugeführt.
Um den spezifischen Wärmebedarf des Gesamtprozesses zu verringern, ist zwischen der armen Lösung und der reichen Lösung, das heißt zwischen der zweiten Leitung 23 und der dritten Leitung 27 ein erster Wärmetauscher 45 vorgesehen. Dadurch wird erstens die in der zweiten Leitung 23 befindliche armen Lösung abgekühlt und andererseits die in der dritten Leitung 27 befindliche reiche Lösung erwärmt.
In einem zweiten Wärmetauscher 47 wird ein Teil der in der armen Lösung vorhandenen sensiblen Wärme auf das zu entsalzende Meerwasser, bevor es in den Meerwasserverdampfer 31 eintritt, übertragen.
Eine weitere Verringerung des spezifischen Energiebedarfs wird erreicht, wenn das in der sechsten Leitung 41 befindliche entsalzte Wasser in einen dritten Wärmetauscher 49 geführt wird und dort das frisch angesaugte Meerwasser in der vierten Leitung 33 vorwärmt. Durch diese Maßnahmen kann der spezifische Energiebedarf der erfindungsgemäßen Meerwasserentsalzung deutlich verringert werden.
In 3 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet, dass der Brüdenverdichter 37 durch die Entspannungsmaschine 17 direkt angetrieben wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Entspannungsmaschine 17 einen elektrischen Generator antreibt und mit dem dabei erzeugten Strom ein Elektromotor angetrieben wird, welcher wiederum den Brüdenverdichter 37 antreibt. Dadurch können kurzzeitige Leistungsdifferenzen zwischen dem der Entspannungsmaschine 17 und dem Brüdenverdichter 37 ausgeglichen werden.
In 3 ist weiter ein Meerwasserabzug 51 am Meerwasserverdampfer 31 dargestellt, durch den auf konzentriertes Meerwasser abgezogen werden kann, um Salzablagerungen im Meerwasserverdampfer 31 zu verhindern. Selbstverständlich kann die sensible Wärme des im Meerwasserabzug 51 befindlichen kochenden Meerwasser dem Prozess durch einen weiteren Wärmetauscher (nicht dargestellt) wieder zugeführt werden.
Aus dem Gesagten ergibt sich, dass durch die Kombination der Meerwasserentsalzungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Absorbtionskraftmaschine eine Vorrichtung bereit gestellt werden kann, die nahezu ausschließlich mit Solarenergie zu betreiben ist und mit geringem wirtschaftlichen Aufwand die Entsalzung von Meerwasser erlaubt. Da die notwendigen Prozesstemperaturen und Drücke gering sind, ist das Sicherheitsrisiko beim Betrieb dieser Anlage sehr überschaubar und die wesentlichen Komponenten dieser Anlage können auch in Entwicklungs – oder Schwellenländern vorort hergestellt und betrieben werden.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen anlage zum Entsalzen von Meerwasser dargestellt bei der der Austreiber 13 ind den Solarkollektor 29 integriert ist.

Claims

Anlage zur Entsalzung von Meerwasser mit einem Meerwasserverdampfer (31), einem mechanischen Brüdenverdichter (37) und einem Brüdenkondensator (39), wobei dem Meerwasserverdampfer (31) zu enstalzendes Meerwasser zugeführt wird, und wobei aus dem Brüdenkondensator (39) entsalztes Wasser abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdenverdichter (37) von einer Absorbtionskraftmaschine (17) mit einem Austreiber (13), mit einem Absorber (15), mit einer Entspannungsmaschine (17) für ein Arbeitsmittel (NH₃), mit einer Pumpe (19) und einem Regelventil (25) für ein Lösungsmittel (H20) angetrieben wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austreiber (13) solar beheizt wird.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Arbeitsmittel (NH3) angereicherte Lösung des Lösemittels (H20) durch einen Solarkollektor (29) und anschließend in den Austreiber (13) geleitet wird.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austreiber (13) in den Solarkollektor (29) integriert ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (15) mit dem dem Meerwasserverdampfer (31) zugeführten Meerwasser gekühlt wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Wärmetauscher (45) zwischen der armen Lösung und der reichen Lösung des Lösungsmittels (H₂O) vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wärmetauscher (47) zwischen dem Meerwasserverdampfer (31) zugeführten Meerwasser und dem Lösungsmittel (H₂O) vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Wärmetauscher (49) zwischen dem entsalzten Wasser und dem Meerwasser vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (25) zwischen dem Austreiber (13) und dem Absorber (15) angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (25) die arme Lösung des Lösungsmittels (H₂O) auf 1 bar entspannt.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (19) zwischen dem Austreiber (13) und dem Absorber (15) angeordnet ist, und dass die Pumpe (19) den Druck in der reichen Lösung des Lösungsmittels (H₂O) erhöht.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (19) den Druck in der reichen Lösung des Lösungsmittels (H₂O) auf 5 bar erhöht.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsmaschine (17) als Kolbenmaschine oder Strömungsmaschine ausgeführt ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsmaschine (17) den Brüdenverdichter (37) direkt oder indirekt antreibt.