DE1792313A1 - Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von Suesswasser aus Meer- oder Brackwasser - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von Suesswasser aus Meer- oder BrackwasserInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung
von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser
Zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser sind zahlreiche Verfahren bekannt,«-die teilweise auf einer Entspannungsverdampfung beruhen. Dabei wird das vorgeheizte Meerwasser stufen-
weise entspannt und die entstehenden Brüden an Kon,densato.ren
niedergeschlagen. Das Meerwasser wird dabei gleichzeitig vorgeheizt. Diese bisher bekannten Verfahren haben jedoch den "Nachtep.!,
daß das entstehende Süßwasser wegen der im allgemeinen hohen Aufwärmespanne
vor der Entspannung für eine gewerbliche Verwertung noch zu teuer ist. ' ■
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Aus diesem Grunde liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein:
Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser
zu schaffen, das mit einfachen Mitteln eine billige Herstellung
des Süßwassers, gestattet.
Die Erfindung besteht d-ibei darin, dai3 das Meerwasser aufgewärmt
und in ein derartiges Fliehkraftfeld geführt wird, dai3 durch den im nachgeschalteten Kondensator entstehenden Unterdrück eine
Verdampfung an der Innenoberfläche des sich ausbildenden Wasserringes
erfolgt.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Erfindung besteht aus einer äußeren rotationosymmetrischen
Kammer mit seitlichen Stirnwänden und einer inneren, koaxial dazu angeordneten Trennkammer kleineren Durchmessern und' geringerer
Länge derart, daß sich zwischen den seitlichen Enden der Trennkammer und den Stirnwänden je ein Ringspalt ergibt, sowie mit
mindestens einer tangential in die Trennkammer einmündenden Zuführungsleitung
für das Meerwasser und mit die seitlichen Stirnwände axial durchbrechenden Tauchrohren zur Dampf abfuhr .·
,Das Meerwasser gelangt dabei tangential in den Verdampfungsraum
der inneren Trennkammer und bildet unter Wirkung der Zentrifugalkraft eine deutlich sichtbare Wasserringachieht, die an der
Innenoberfläche entsprechend dem Siedezustand teilweise verdampft.
Die Verdampfungawärme, die zur Aufrechterhaltung des
Phaaenwechsela notwendig iat, wird dem nicht verdampften Teil
des Wasserringea unter gleichzeitiger Temperaturabsenkung ent-
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zogen, und zwar in einem Gebret turbulenter Strömung mit sehr
guten Wärmeübergangsverhältnissen* Diese Tatsache ermöglicht eine Verdampfung auf kleinstem Raum, d.h. mit kleinstem apparativen
Aufwand. Der Phasenwechsel verläuft dabei nicht Undefiniert an Metalloberflachen mit der Gefahr der Krustenbildung,
und den damit verbundenen Wärmeübergangseffekten, sondern
nur in einer relativ dünnen Schicht der Wasserrringinnenflache.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Meerwasser von einem mit einer
Heizung versehenen Behälter über eine Pumpe in die Trennkammer gefördert und der abströmende Dampf über eine Kondensationsan- '
lage als Sui3wasserkondensat in einen mit einer Evakuierungspumpe
versehenen Kondensatbehälter geleitet wird.
Dae beschriebene .Verfahren hat insbesondere in Kombination mit
einem fossilen oder nuklearen Wärmekraftwerk Bedeutung, weil
dadurch neben Abdampfwärme auch Verlustwärme ausgenutzt werden kann. Dabei kann das Meerwasser als Kühlmittel durch einen als
Vorwärmer dienenden Turbinenkondensator geleitet und ein Teilstrom des Kühlwassers vor dem Turbinenkondensator abgezweigt
werden, das als Kühlmittel für den aus der Trennkammer abströmenden
Dampf verwendet wird. Normalerweise wird die Kondensationsenthalpie des Dampfes dem Kühlwasser vollständig zugeführt, ohne
daß ein Rückgewinn möglich,wäre. Der beschriebene Fliehkraftverdampfer
gestattet es, in dieser Schaltung ähnlich, einer Wärmepumpe diese Energie teilweise in Form von Süßwasser mit
kleiner Energie zurückzugewinnen.
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Anstelle der Ausnutzung der Aufwärmspänne im Turbinenkondensator
ist es aber auch möglich, das Meerwasser beispielsweise in einem vom Turbinenentnahrnedampf beheizten,Wärmetauscher
aufzuwärmen.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise
von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert
.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Längs- und einen Querschnitt durch eine entsprechende
Fliehkraftverdampfungskammer, während in
Fig. 2 die Schaltung einer derartigen Anlage beschrieben ist-.
Fig. 3 zeigt einen'offenen und
Fig. 4 einen halboffenen Kreislauf bei Aufwärmung des Meerwassers in. einem Turbinenkondensator. Schliei31ich ist in
Fig. 5 die Aufwärmung in eiriem vom Entnahmedampf beheizten
Wärmetauscher gezeigt.
Nach Fig. 1 besteht die Einrichtung zur Gewinnung von Süßwasser
aus Meerwasser oder Brackwasser zunächst aus einer äußeren rotationssymmetrischen Kammer 1 mit seitlichen Stirn- ·
wänden 2. Koaxial dazu ist eine Trennkammer 3 kleineren Durchmessers
angeordnet. Dabei ist diese Trennkammer 3 etwas kürzer als die äußere Kammer 1, so daß sich zwischen den Enden
der Trennkammer 3 und den Stirnwänden 2 je ein Ringspalt 4
ergibt. Die .Trennkammer 1 weist ferner in der Mitte eine
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tangentiale Zuführung 5 für das aufgewärmte Meerwasser auf.
Ferner Bind die Stirnwand*; 2 von axialen Tauchrohren 6 zur
Damp fabfuhr durchbrochen. r
Ferner Bind die Stirnwand*; 2 von axialen Tauchrohren 6 zur
Damp fabfuhr durchbrochen. r
Das durch die tangentiale Zuführung 5 einströmende Meerwasser
wird innerhalb der Trennkammer 3 in Rotation vernetzt, so daß sich an der Innenwandung. diener Trennkammer ein Wasserring 8
ausbildet. An der Innenoberfläche des sich ..ausbildend'en
WaQfJerringes 8 verdampft oin Teil des Wassers. Der entstehende Dampf strömt durch die Tauchrohre 6 in eine nicht näher dargestellte Kondennationseinrichtung ab. Durch die Kondensation des Dampfes stellt sich dabei oin erheblicher Unterdruck ein, der bis in die Trennkammer 3 zurückwirkt. Durch die Fliehkraft, die auf das einströmende Wasser einwirkt1, wird diesem Unterdruck das Gleichgewicht gehalten.· Dabei muß die· Fliehkraft" so grof3 sein, daß sie der dem jeweiligen Unterdruck entsprechenden geodätischen Höhe einer siüx ausbildenden Wassersäule das
Gleichgewicht halt. Durch entsprechende Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Wasserringes kann dabei bei einem Unterdruck von 0,2 ata eine Verdampfung schon bei.etwa 300C erfolgen. Dadurch ist also nur eine geringe Aufwärmspanne des tangential eingeführten Meerwaasers erforderlich.
Das durch die Ringschlitze 4 ablaufende Wasser sammelt sich
zunächst in der Ringkammer 10 und läuft dann über den Stutzen 7 ab. ·
WaQfJerringes 8 verdampft oin Teil des Wassers. Der entstehende Dampf strömt durch die Tauchrohre 6 in eine nicht näher dargestellte Kondennationseinrichtung ab. Durch die Kondensation des Dampfes stellt sich dabei oin erheblicher Unterdruck ein, der bis in die Trennkammer 3 zurückwirkt. Durch die Fliehkraft, die auf das einströmende Wasser einwirkt1, wird diesem Unterdruck das Gleichgewicht gehalten.· Dabei muß die· Fliehkraft" so grof3 sein, daß sie der dem jeweiligen Unterdruck entsprechenden geodätischen Höhe einer siüx ausbildenden Wassersäule das
Gleichgewicht halt. Durch entsprechende Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Wasserringes kann dabei bei einem Unterdruck von 0,2 ata eine Verdampfung schon bei.etwa 300C erfolgen. Dadurch ist also nur eine geringe Aufwärmspanne des tangential eingeführten Meerwaasers erforderlich.
Das durch die Ringschlitze 4 ablaufende Wasser sammelt sich
zunächst in der Ringkammer 10 und läuft dann über den Stutzen 7 ab. ·
Da die Verdampfung an einer Wasseroberfläche und nicht an
heißen Metallflächen erfolgt, wird somit auch eine Krustenbildung an irgendwelchen Anlageteilen weitgehend vermieden.
heißen Metallflächen erfolgt, wird somit auch eine Krustenbildung an irgendwelchen Anlageteilen weitgehend vermieden.
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In Fig. 2 ist eine prinzipielle Schaltung zum Botrieb einer
derartigen Trennkamrrier näher erläutert. Das Meerwasser wird
zunächst im Behälter 11 durch eine Heizung 12 aufgewärmt und strömt dann über eine Pumpe 13, einen Druckschieber 14 und
eine eventuell vorgesehene Mengenmessung 15 über den tangential
le n Einlauf 5 in den eigentlichen Fl iehkraf !,verdampfer
Von hier strömt der entstandene Dampf über eine Kondensatleitung 16 zunächst in einen Kühler 17, in dem der Dampf kon-φ
densiert wird, und anschließend Ln einen SüBwasserbehälter 1M,
von df im es über die Versrogungsleitung 21 abgezogen werden
kann. An dem 'Süßwasserbehäl tor, 18 ist darüborhinaus eine
Evakuierungspumpe 20 angeschlossen. Diese Evakuierungspumpe '?0
hat die Aufgabe, den Siededruck in der Trennkammer 3 zu hatten,
indem sie das im Wasser enthaltene Gas abzieht.
Zur Ausnutzung der Verlustwärme in einem Wärmekraftwerk sei
auf die Fig. 3 und 4 hingewiesen. Dabei ist in Fig. 3 zunächst ein offener Kreislauf dargestellt. Das als Kühlwasser für dun
Kondensator 24 dienende Meerwasser wird über eine Leitung und die Kühlwässerpumpe 23 in die Wärmetauscherflächf; 25 des
Turbinenkondensator 24 geleitet. Von hier fließt das aufge-■
wärmte Kühlwasser in ein Kraftschlußbecken 27 und wird dann über die Pumpe 13 den tangentialen Zuführungsleitungen 5 des
Fliehkraftverdampfers 1 zugeführt. In einem nachge3chalteten Kühler 17t der über eine Leitung 29 mit einem Teil des von
dem Turbinenkondensator abgezweigten Kühlwassers beaufschlagt
wird, wird der abströmende Dampf kondensiert und über die
Leitung 16 in den Kondensatsammelbehälter 18 geführt. Bei
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diesem Kreislauf wird das aus dem Fliehkraftverdampfer nicht,
verdampfte Wasser über eine Leitung 28 sowie das Kühlwasser
des Koridensatkühlers 17 inn Freie abgeführt.
In Fig. 4 ist ein halboffener Kreislauf dargestellt. Dabei
fließt das nicht verdampfte Meerwasser au3 dem Fliehkraftverdampfer
1 zunächst, in das Becken 27 und wird von hier aus über du; Leitung 22 und die Kühlwasserpumpe 23 in den Turbinenkondenmtor
24 geführt und aufgewärmt. Zur Kühlung des au>-. dem Fliehkraftvordampfer 1 abströmenden Dampfes dient
hierbei cino Zusatzmenge von Meerwasser, die. über die Leitung
und die i'umpe 30 in den Kondensator 17 geleitet wird. Da^ hier
aufgowärmtu Wa:*oqr wird über eine Leitung 31 dem aus dem Turbinenkonionsntor
24 abströmenden aufgewärmten Meerwasser sugeniLiicht
und ctrimt. susammen mit diesem i;i den eigentlichen Fliehkraftvardampfer.
Mit diesen beschriebenen Schaltungen int. es also möglich, die
sonst verlorene und nicht auswertbare Aufwärmepanne in einem
Turbinenkondensator zur Süßwassergewinnung auszunutzen..
Schließlich nei in Fig. 5 noch auf eine, Schaltung·hingewiesen,
bei der zur Aufwärmung des Meerwasyers ein yom Entnahmedampf
einer Turbine 33 beaufschlagter Wärmetauscher 32 verwendet
wird, Dabei kann diese Aufwärmung allein oder zusätzlich zum Turbinenkondensator angewendet werden.
- 7 - Ms/Kz
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/,'■"■ ßAD OBIGlNAL
PLA 6 8/ Γ? Ο 6
Unter Verwendung der angegebenen Schaltungen kann eine Verdampfung
auch in mehreren Stufen durchgeführt werden, da das nicht verdampfte Meerwasser stets wieder zurückfließt und gesammelt
werden kann.
Mit dem beschriebenen Verfahren und der Einrichtung ist es
als-o möglich,'auf einfache Weise mit geringem apparativen
Aufwand und unter Ausnutzung von Abdampf- oder Vor iustwiirme ein preisgünstigeH Süßwasser su gewinnen. Dabei kann wepp»·:
des einfachen Aufbauo einer derartigen Anlage auch die gesamte Einrichtung transportabel gebaut werden, wobei lediglieh
die Energie für die Pumpe und eine geringe Aufwärmspanne
erforderlich ist. . " ■
7 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
- 8 - Ms/Kz
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Claims (7)
1. Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meer- oder Brackwasser,
dadurch gekennzeichnet, daß das Seewasser aufgewärmt
in ein derartiges Pliehkraftfeld geführt wird, daß durch den
im nachgenchalteten Kondensator entstehenden Unterdruck eine
Verdampfung an der Innenoberflache des sich ausbildenden
Wasserringes erfolgt. . ""
2. Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine äußere rotationssymmetrische . Kammer ( 1.) mit seitlichen Stirnwänden (2) und einer inneren»
koaxial-dazu angeordneten Trennkammer (3) kleineren Durchmeijsers
und geringerer Länge derart, daß sich zwischen den
seitlichen Enden der Trennkammer (3) und den Stirnwänden (2) je ein Ringspalt (4) ergibt, sowie mit mindestens einer tangential
in die Trennkammer (3) einmündenden Zuführungsleitung (j|
(5) für das Meerwasser und mit die seitlichen Stirnwände (2) axial durchbrechenden Tauchrohren (6) zur Dampf abfuhr. '■
3. Einrich tung/zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meerwasser von einem mit einer Heizung (12) versehenen Behälter
(11) über eine Pumpe (13) in die Trennkammer (3) gefördert
und der abströmende Dampf über eine Kondensationsanlage (17)
-als SüBwasserkondensat in einen mit einer Evakuierungspumpe
(20) versehenen Kondensatbehälter (19) geleitet wird.
BAD ORiGINAL
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_ Q _ Mo /If *
■ ■ . FLA 68/1506
4. Einrichtung nach Anspruch 3» da lurch gekennzu 1 -hrie t, dai3
das Meerwasser als "KühlmittoL durch einen als Vorwärmer (25)
dienenden Turbinenkondensator (24 ^ fTeIeitot und daf3 ein Teilstrom
des Kühlwassers vor dem Turbinonkondenuator (24) ubgezweigt
und als Kühlmittel für den aus der Trennkammer (3) abströmenden Dampf vorwendet wird.
^ 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dal3 das
Kühlmittel für den abströmenden Dampf dem "Jeerwasser vor Einführung
in die Tre'nnkammer (3) zugeführt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch Aufwärmung
des Meerwassers in einem von Turbinenentnahmedampf (34) beheizt
en Wärme tauπeher (32)·
7. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche
Aufwärmung des Meerwa^sers in einem von Turbinenent-
P nahmedampf (34) beheizten Wärmetauscher (32):
- 10 - Ms/Kz
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Le e rs e 11 e
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